特許 7099457 比例ソレノイド、その製造方法、および、比例ソレノイドの特性制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-04

(45)【発行日】2022-07-12

(54)【発明の名称】比例ソレノイド、その製造方法、および、比例ソレノイドの特性制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 7/16 20060101AFI20220705BHJP

   H01F 7/06 20060101ALI20220705BHJP

   H01F 41/02 20060101ALI20220705BHJP

   F16K 31/06 20060101ALN20220705BHJP

【ＦＩ】

H01F7/16 E

H01F7/16 C

H01F7/06 E

H01F41/02 F

F16K31/06 305E

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019520209

(86)(22)【出願日】2018-05-17

(86)【国際出願番号】 JP2018019193

(87)【国際公開番号】W WO2018216603

(87)【国際公開日】2018-11-29

【審査請求日】2021-04-12

(31)【優先権主張番号】P 2017100631

(32)【優先日】2017-05-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】山口 智

【審査官】井上 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２１２５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２８８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－５１０４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－４０３０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ ７／１６

Ｈ０１Ｆ ７／０６

Ｈ０１Ｆ ４１／０２

Ｆ１６Ｋ ３１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複合磁性体材料により構成された管状部材（１０１）からなる固定鉄心（１）と、前記管状部材に挿入され、前記管状部材の軸方向に移動可能な可動磁性体（２）と、を有する比例ソレノイド（１００）であって、
前記管状部材は、前記軸方向と直交する面に対して略平行に設けられ前記可動磁性体が対向する吸着面（１１ｂ）を有し、
前記吸着面を含み、主にフェライト組織からなる第１磁性領域（１２ａ）と、前記吸着面から離間した位置に存在し、フェライト組織、マルテンサイト組織、オーステナイト組織を含む第１半磁性領域（１４ｃ）と、前記第１半磁性領域よりも前記吸着面から離間した位置に存在し、主にオーステナイト組織からなる非磁性領域（１３）とが、前記管状部材の前記軸方向に沿って連続的かつ一体的に形成されている、比例ソレノイド。

【請求項2】

前記管状部材のビッカース硬さ（ＨＶ）は、２００≦ＨＶ≦６００の範囲で変化し、
前記第１磁性領域および前記非磁性領域におけるビッカース硬さ（ＨＶ）は、２００≦ＨＶ≦３００であり、前記第１半磁性領域に、４００≦ＨＶ≦６００の範囲のビッカース硬さ（ＨＶ）の極大値が存在する、請求項１に記載の比例ソレノイド。

【請求項3】

前記第１半磁性領域に、マルテンサイト組織の存在比の極大値が存在する、請求項２に記載の比例ソレノイド。

【請求項4】

前記第１半磁性領域に存在する炭化物は、前記非磁性領域に存在する炭化物よりも多く、かつ、前記第１磁性領域に存在する炭化物よりも少ない、請求項１に記載の比例ソレノイド。

【請求項5】

前記第１半磁性領域に存在する炭化物は、前記第１磁性領域から前記非磁性領域に向かって徐々に減少する、請求項４に記載の比例ソレノイド。

【請求項6】

前記第１磁性領域と、前記第１半磁性領域と、前記非磁性領域と、前記非磁性領域よりも前記吸着面から離間した位置に存在し、フェライト組織、マルテンサイト組織、オーステナイト組織を含む第２半磁性領域（１４ｄ）と、前記第２半磁性領域よりも前記吸着面から離間した位置に存在し、主にフェライト組織からなる第２磁性領域（１２ｂ）とが、前記管状部材の前記軸方向に沿って連続的かつ一体的に形成されている、請求項１に記載の比例ソレノイド。

【請求項7】

主にフェライト組織からなる複合磁性体用材料から構成された管状部材（１０１）を熱処理することにより、主にフェライト組織からなる磁性領域（１２）と、主にオーステナイト組織からなる非磁性領域（１３）とを形成する工程を含む、比例ソレノイド（１００）の製造方法であって、
主にフェライト組織からなり、質量％で、０．３％以上１．２％以下のＣ（炭素）を含む複合磁性体用材料から構成された前記管状部材を準備する工程と、
前記管状部材の非磁性領域形成部分（Ｒ１）を含む加熱位置（Ｈ）を周状に取り囲むように高周波コイル（１０２ｂ）を配置する工程と、
前記高周波コイルに電流を流すことによって、前記非磁性領域形成部分を１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度まで急速加熱する工程と、
５秒以上２０秒以下の保持時間の間、前記非磁性領域形成部分の加熱状態を保持する工程と、
加熱した前記管状部材を急冷することによって、前記磁性領域と、前記非磁性領域形成部分に形成された前記非磁性領域と、前記磁性領域と前記非磁性領域との間に形成され、前記非磁性領域から前記磁性領域に向かって磁化が大きくなるような磁気勾配を有する半磁性領域（１４）とを、前記管状部材の軸方向に沿って連続的かつ一体的に前記管状部材に形成する工程と、
前記磁性領域と前記半磁性領域と前記非磁性領域とを含む前記管状部材に、前記軸方向に移動可能な可動磁性体（２）を挿入する工程とを含む、比例ソレノイドの製造方法。

【請求項8】

前記非磁性領域形成部分を急速加熱する工程は、１００℃／秒以上２５０℃／秒以下の加熱速度で、前記非磁性領域形成部分を前記加熱温度まで急速加熱する工程を含む、請求項７に記載の比例ソレノイドの製造方法。

【請求項9】

前記非磁性領域形成部分の加熱状態を保持する工程は、前記非磁性領域形成部分の保持温度勾配が－１０℃／秒以上０℃／秒以下の保持温度勾配範囲に含まれるように、前記保持時間の間、前記非磁性領域形成部分の加熱状態を保持する工程を含む、請求項７に記載の比例ソレノイドの製造方法。

【請求項10】

前記非磁性領域形成部分を急速加熱する工程は、１５０℃／秒以上２００℃／秒以下の加熱速度で前記非磁性領域形成部分を前記加熱温度まで急速加熱する工程である、請求項８に記載の比例ソレノイドの製造方法。

【請求項11】

前記非磁性領域形成部分を急速加熱する工程は、所定の回転速度で前記管状部材を回転させながら、前記非磁性領域形成部分を急速加熱する工程を含む、請求項７に記載の比例ソレノイドの製造方法。

【請求項12】

前記磁性領域は、前記軸方向と直交する面に対して略平行に設けられ前記可動磁性体が対向する吸着面（１１ｂ）を含み、
前記高周波コイルを配置する工程は、前記吸着面と前記高周波コイルの前記吸着面側の端部とが前記軸方向に離れるように、前記高周波コイルを配置する工程を含む、請求項７に記載の比例ソレノイドの製造方法。

【請求項13】

前記複合磁性体用材料は、質量％で、０．３％以上１．２％以下のＣ、０．１％以上３％以下のＳｉ（ケイ素）、０．１％以上４％以下のＭｎ（マンガン）、４％以下のＮｉ（ニッケル）、４％以上２０％以下のＣｒ（クロム）、２％以下のＡｌ（アルミニウム）、残部Ｆｅ（鉄）および不可避不純物を含有する鉄合金である、請求項７に記載の比例ソレノイドの製造方法。

【請求項14】

主にフェライト組織からなる複合磁性体用材料から構成された管状部材（１０１）を熱処理することにより、主にフェライト組織からなる磁性領域（１２）と、主にオーステナイト組織からなる非磁性領域（１３）とを形成する工程を含む、比例ソレノイド（１００）の特性制御方法であって、
主にフェライト組織からなり、質量％で、０．３％以上１．２％以下のＣ（炭素）を含む複合磁性体用材料から構成された前記管状部材の非磁性領域形成部分（Ｒ１）を含む加熱位置（Ｈ）を周状に取り囲むように高周波コイル（１０２ｂ）を配置する工程と、
前記高周波コイルに電流を流すことによって、前記非磁性領域形成部分を１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度まで急速加熱する工程と、
５秒以上２０秒以下の保持時間の間、前記非磁性領域形成部分の加熱状態を保持する工程と、
加熱した前記管状部材を急冷する工程と、
加熱した前記管状部材を急冷することによって、前記磁性領域と、前記非磁性領域形成部分に形成された前記非磁性領域と、前記磁性領域と前記非磁性領域との間に形成され、前記非磁性領域から前記磁性領域に向かって磁化が大きくなるような磁気勾配を有する半磁性領域（１４）とを、前記管状部材の軸方向に沿って連続的かつ一体的に前記管状部材に形成する工程と、
前記磁性領域と前記半磁性領域と前記非磁性領域とを含む前記管状部材に、前記軸方向に移動可能な可動磁性体（２）を挿入する工程と、を備え、
前記加熱位置、加熱速度、前記加熱温度、前記保持時間および保持温度勾配の少なくともいずれか１つを調整することにより、前記管状部材の磁気特性の分布を制御することによって、前記比例ソレノイドの特性を制御する、比例ソレノイドの特性制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、比例ソレノイド、その製造方法、および、比例ソレノイドの特性制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電力を可動磁性体の直線運動に変換するソレノイドの一種として、可動磁性体の軸方向における位置をコイルに流れる電流の大きさに比例して制御する比例ソレノイドが知られている。そのような比例ソレノイドは、たとえば、特開２００１－６９２５号公報および特開平４－２６３４０７号公報に開示されている。

【0003】

特開２００１－６９２５号公報および特開平４－２６３４０７号公報には、コイル内に装着されるパイプ（筒状ヨーク）と、パイプの内周面を摺動する可動鉄心とを備えるソレノイドが開示されている。このソレノイドのパイプでは、強磁性材料からなる磁性部の端部に設けたテーパ面と、非磁性材料からなる非磁性部の端部に設けたテーパ面とが互いに面接触した状態で接合されている。これにより、テーパ面が形成された領域において、非磁性部から磁性部に向かって磁化が大きくなるような磁気勾配が生じることにより、ソレノイドにおいて、可動鉄心の位置に拘わらず吸引力が略一定の水平特性部（平坦領域）を含む吸引力カーブが生じる。この結果、水平特性部において電流の大きさに比例した吸引力が発生するので、ソレノイドの外部に設けられたばねの弾性力と釣り合うように吸引力（電流量）を制御することによって、可動磁性体を所定の位置に位置させることが可能である。

【0004】

なお、特開２００１－６９２５号公報の比例ソレノイドでは、強磁性材料からなる磁性部のテーパ面に非磁性材料を肉盛溶接した後、磁性部が露出するまで切削加工することによって、磁性部のテーパ面と非磁性部のテーパ面とを互いに機械的に接合している。また、特開平４－２６３４０７号公報のソレノイドでは、強磁性体からなる磁性部に非磁性材料をろう付け接合した後、磁性部が露出するまで切削加工することによって、磁性部のテーパ面と非磁性部のテーパ面とを互いに機械的に接合している。なお、比例ソレノイドにおいて、上記テーパ面のテーパ角度θ（図７参照）は吸引力カーブを決める最も重要な要素の一つであるが、特開２００１－６９２５号公報および特開平４－２６３４０７号公報に記載のソレノイドの製造方法においては、機械加工によってこのテーパ面を作るため、テーパ角度θの制御は容易である。

【0005】

一方、可動磁性体の軸方向における位置をコイルに流れる電流の大きさに比例して制御する比例ソレノイドではないものの、強磁性部と非磁性部とを有する複合磁性部材を用いて作製された筒状ヨークを備えるソレノイドが知られている。そのようなソレノイドは、特開平７－１１３９７号公報に開示されている。

【0006】

特開平７－１１３９７号公報には、強磁性部と非磁性部とを有する複合磁性部材からなるスリーブ（筒状ヨーク）と、スリーブ内を摺動するプランジャ（可動鉄心）とを備える電磁弁（ソレノイド）が開示されている。この電磁弁のスリーブは、冷間加工により非磁性（オーステナイト）から強磁性（マルテンサイト）に変換された円筒状の強磁性材料を、部分的に高周波加熱することによって非磁性に変換することによって作製されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００１－６９２５号公報

【文献】特開平４－２６３４０７号公報

【文献】特開平７－１１３９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特開２００１－６９２５号公報に開示された比例ソレノイドでは、肉盛溶接により磁性部のテーパ面と非磁性部のテーパ面とを互いに接合しているため、接合部における機械的強度が小さくなり、高圧下で使用すると接合部より破断するという問題点があった。同様に、特開平４－２６３４０７号公報に開示されたソレノイドでも、磁性材料と非磁性材料とをろう材で接合しているため、接合部における機械的強度が小さくなり、高圧下で使用すると接合部より破断するという問題点があった。

【0009】

また、特開平７－１１３９７号公報に開示された電磁弁は、強磁性部と非磁性部とのみからなるソレノイドであるので、特開２００１－６９２５号公報や特開平４－２６３４０７号公報に開示されたソレノイドと異なり、比例ソレノイドとして用いることを想定していないと考えられる。つまり、特開平７－１１３９７号公報に開示された電磁弁では、強磁性部と非磁性部とのみからなることに起因して、所望の平坦領域を有する吸引力カーブを得ることはできないと考えられる。また、特開２００１－６９２５号公報および特開平４－２６３４０７号公報のような非磁性部と強磁性部とがテーパ面を有して機械的に接合された比例ソレノイドの構造を、特開平７－１１３９７号公報の構造において実現する場合には、熱処理により強磁性部と非磁性部との間にテーパ面を形成する必要があると考えられるものの、機械加工ではなく熱処理によりテーパ面を厳密に形成するのは困難であると考えられる。

【0010】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、高圧下において使用しても破断するのを抑制することができるとともに、所望の平坦領域を有する吸引力カーブを得ることが可能な比例ソレノイド、その比例ソレノイドの製造方法、および、所望の平坦領域を有する吸引力カーブを得るための比例ソレノイドの特性制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者は鋭意検討した結果、非磁性領域と磁性領域との間に半磁性領域を形成することによって、厳密なテーパ面を形成しなくても、非磁性部と強磁性部とがテーパ面を有して機械的に接合された比例ソレノイドと同等のソレノイド特性（吸引力カーブ）が得られることを見出した。そして、本発明を完成させるに至った。つまり、この発明の第１の局面による比例ソレノイドは、複合磁性体材料により構成された管状部材からなる固定鉄心と、管状部材に挿入され、管状部材の軸方向に移動可能な可動磁性体と、を有する比例ソレノイドであって、管状部材は、軸方向と直交する面に対して略平行に設けられ可動磁性体が対向する吸着面を有し、吸着面を含み、主にフェライト組織からなる第１磁性領域と、吸着面から離間した位置に存在し、フェライト組織、マルテンサイト組織、オーステナイト組織を含む第１半磁性領域と、第１半磁性領域よりも吸着面から離間した位置に存在し、主にオーステナイト組織からなる非磁性領域とが、管状部材の軸方向に沿って連続的かつ一体的に形成されている。

【0012】

この発明の第１の局面による比例ソレノイドでは、上記のように、主に強磁性のフェライト組織からなる第１磁性領域と、フェライト組織、フェライト組織よりやや磁化の低い強磁性のマルテンサイト組織、非磁性のオーステナイト組織を含む第１半磁性領域と、主にオーステナイト組織からなる非磁性領域とが連続的かつ一体的に形成されている。これにより、非磁性領域から第１磁性領域に向かって磁化が大きくなるような（第１磁性領域から非磁性領域に向かって磁化が減少するような）組織の管状部材を作製することができる。この結果、従来の機械加工による比例ソレノイドとは全く異なる構造の固定鉄心で、かつ、機械加工にて形成した磁性部と非磁性部のテーパ面を突き合わせ接合したパイプを有する比例ソレノイドと略同様のソレノイド特性（吸引力カーブ）を有する比例ソレノイドを得ることができる。この構造は、マルテンサイト組織の円筒状の強磁性材料を熱処理してオーステナイト組織に変換した上記特許文献３では実現できない構造であると考えられる。また、比例ソレノイドの管状部材は第１磁性領域と第１半磁性領域と非磁性領域が管状部材の軸方向に沿って連続的かつ一体的に形成されているため、管状部材に機械的強度の小さい接合部が設けられない。これにより、比例ソレノイドを高圧下において使用しても、固定鉄心が破断（物理的に分離）するのを抑制することができる。

【0013】

また、この発明の第２の局面による比例ソレノイドの製造方法は、主にフェライト組織からなる複合磁性体用材料から構成された管状部材を熱処理することにより、主にフェライト組織からなる磁性領域と主にオーステナイト組織からなる非磁性領域を形成する工程を含む、比例ソレノイドの製造方法であって、主にフェライト組織からなり、質量％で、０．３％以上１．２％以下のＣ（炭素）を含む複合磁性体用材料から構成された管状部材を準備する工程と、管状部材の非磁性領域形成部分を含む加熱位置を周状に取り囲むように高周波コイルを配置する工程と、高周波コイルに電流を流すことによって、非磁性領域形成部分を１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度まで急速加熱する工程と、５秒以上２０秒以下の保持時間の間、非磁性領域形成部分の加熱状態を保持する工程と、加熱した管状部材を急冷することによって、磁性領域と、非磁性領域形成部分に形成された非磁性領域と、磁性領域と非磁性領域との間に形成され、非磁性領域から磁性領域に向かって磁化が大きくなるような磁気勾配を有する半磁性領域とを、管状部材の軸方向に沿って連続的かつ一体的に管状部材に形成する工程と、磁性領域と半磁性領域と非磁性領域とを含む管状部材に、軸方向に移動可能な可動磁性体を挿入する工程と、を含む。

【0014】

この発明の第２の局面による比例ソレノイドの製造方法では、上記のように、磁性領域と半磁性領域と非磁性領域とを、互いに接合部を有さずに、同一の管状部材に管状部材の軸方向に沿って連続的かつ一体的に形成する。これにより、管状部材に機械的強度の小さい接合部が設けられないので、高圧下において使用しても破断するのを抑制することが可能な比例ソレノイドを提供することができる。さらに、肉盛溶接などに起因する化合物が磁性領域と非磁性領域との境界などに形成されないので、化合物に起因して磁気特性が変化するのを抑制することができる。

【0015】

また、質量％で、０．３％以上１．２％以下のＣ（炭素）を含む複合磁性体用材料から構成された管状部材の非磁性領域形成部分を１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度まで加熱する。これにより、非磁性領域形成部分において、主に強磁性のフェライト組織からなる複合磁性体用材料に含まれる炭化物を組織中に固溶させることによって、非磁性のオーステナイト組織を安定的に形成することができる。この結果、非磁性領域形成部分にオーステナイト組織からなる非磁性領域を確実に形成することができる。

【0016】

また、高周波コイルを用いて、非磁性領域形成部分を１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度まで急速加熱する。これにより、高周波コイルにより非磁性領域形成部分を集中して急速加熱することができるので、非磁性領域形成部分およびその周辺を除く部分（磁性領域が形成される部分）に熱が伝導されるのを抑制することができる。この結果、磁性領域が形成される部分のフェライト組織が変態するのを確実に抑制することができる。

【0017】

また、非磁性領域形成部分を１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度まで急速加熱するとともに、急速加熱後、５秒以上２０秒以下の保持時間の間、非磁性領域形成部分の加熱状態を保持する。急速加熱および急速加熱後の加熱状態の保持により、非磁性領域形成部分を加熱した際の熱の一部が伝導されることによって、非磁性領域形成部分の周辺（半磁性領域が形成される部分）に非磁性のオーステナイト組織以外に炭化物が残存する不安定組織を形成することができる。この結果、加熱した管状部材を急冷することによって、不安定組織をマルテンサイト組織に変態させることができる。ここで、半磁性領域が形成される部分のうち、非磁性領域形成部分近傍では、熱が比較的多く伝導されるので、不安定組織の形成量を小さくすることができる。また、半磁性領域が形成される部分において、非磁性領域形成部分から離れるに従って熱の伝導量が小さくなるので、不安定組織の形成量を大きくすることができる。この結果、加熱した管状部材を急冷することによって、半磁性領域が形成される部分において、非磁性領域から磁性領域に向かって、非磁性で磁化が小さいオーステナイト組織の存在比を小さくし、強磁性でフェライト組織より若干磁化が小さいマルテンサイト組織の存在比を大きくすることができる。したがって、非磁性領域から磁性領域に向かって磁化が大きくなるような緩やかな磁気勾配を、半磁性領域に容易に形成することができる。

【0018】

また、５秒以上の保持時間の間、非磁性領域形成部分の加熱状態を保持することによって、管状部材の厚み方向（径方向）に熱を確実に伝導させることができるので、厚み方向の全体に亘って非磁性領域を確実に形成することができる。また、２０秒以下の保持時間の間、非磁性領域形成部分の加熱状態を保持することによって、保持時間が大きいことに起因して非磁性領域形成部分およびその周辺を除く部分（磁性領域が形成される部分）にまで熱が伝導されるのを抑制することができる。

【0019】

また、この発明の第３の局面による比例ソレノイドの特性制御方法は、主にフェライト組織からなる複合磁性体用材料から構成された管状部材を熱処理することにより、主にフェライト組織からなる磁性領域と、主にオーステナイト組織からなる非磁性領域とを形成する工程を含む、比例ソレノイドの特性制御方法であって、主にフェライト組織からなり、質量％で、０．３％以上１．２％以下のＣ（炭素）を含む複合磁性体用材料から構成された管状部材の非磁性領域形成部分を含む加熱位置を周状に取り囲むように高周波コイルを配置する工程と、高周波コイルに電流を流すことによって、非磁性領域形成部分を１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度まで急速加熱する工程と、５秒以上２０秒以下の保持時間の間、非磁性領域形成部分の加熱状態を保持する工程と、加熱した管状部材を急冷する工程と、加熱した管状部材を急冷することによって、磁性領域と、非磁性領域形成部分に形成された非磁性領域と、磁性領域と非磁性領域との間に形成され、非磁性領域から磁性領域に向かって磁化が大きくなるような磁気勾配を有する半磁性領域とを、管状部材の軸方向に沿って連続的かつ一体的に管状部材に形成する工程と、磁性領域と半磁性領域と非磁性領域とを含む管状部材に、軸方向に移動可能な可動磁性体を挿入する工程と、を備え、加熱位置、加熱速度、加熱温度、保持時間および保持温度勾配の少なくともいずれか１つを調整することにより、管状部材の磁気特性の分布を制御することによって、比例ソレノイドの特性を制御する。

【0020】

この発明の第３の局面による比例ソレノイドの特性制御方法では、上記第２の局面の効果に加えて、上記のように、加熱位置、加熱速度、加熱温度、保持時間および保持温度勾配の少なくともいずれか１つを調整することにより、管状部材の磁気特性の分布を制御する。これにより、加熱位置、加熱速度、加熱温度、保持時間および保持温度勾配の少なくともいずれか１つを調整することにより、平坦領域の範囲を変化させることができるので、所望の平坦領域を有する吸引力カーブを得るように、比例ソレノイドのソレノイド特性（吸引力カーブ）を制御することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、上記のように、高圧下において使用しても破断するのを抑制することができるとともに、所望の平坦領域を有する吸引力カーブを得ることが可能な比例ソレノイド、その製造方法、および、所望の平坦領域を有する吸引力カーブを得るための比例ソレノイドの特性制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態による比例ソレノイドを示した断面図である。

【図2】本発明の一実施形態による比例ソレノイドの吸引力カーブを示した図である。

【図3】本発明の一実施形態による固定鉄心を示した断面図である。

【図4】本発明の一実施形態による固定鉄心の熱処理領域Ｒ周辺を示した拡大断面図、および、熱処理領域Ｒ周辺の磁化と組織の存在比とを示すグラフである。

【図5】本発明の一実施形態による固定鉄心の製造方法を説明するための模式図である。

【図6】本発明の一実施形態による固定鉄心の非磁性領域形成部分に加える熱履歴を示したグラフである。

【図7】比較例の比例ソレノイドを示した断面図である。

【図8】本発明の第１実施例における、実施例１および比較例１の吸引力カーブを示したグラフである。

【図9】図９（ａ）は、磁化測定に用いる試験片を説明するための図である。図９（ｂ）は、ビッカース硬さ測定、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定およびＦＥ－ＳＥＭ測定に用いる試験片を説明するための図である。

【図10】本発明の第１実施例における、実施例１の磁化およびビッカース硬さの測定結果を示したグラフである。

【図11】本発明の第１実施例における、実施例１のＸ線回折結果を示したグラフである。

【図12】図１１の半磁性領域と磁性領域とのグラフのうち、２θ／θ＝８２度近傍を拡大して示した図である。

【図13】本発明の第２実施例における、実施例２および比較例２の吸引力カーブを示したグラフである。

【図14】本発明の第３実施例における、実施例２、実施例３ａおよび実施例３ｂの吸引力カーブを示したグラフである。

【図15】本発明の第３実施例における、比較例２、比較例３ａおよび比較例３ｂの吸引力カーブを示したグラフである。

【図16】本発明の第４実施例における、実施例４ａおよび実施例４ｂの吸引力カーブを示したグラフである。

【図17】本発明の第４実施例における、実施例５ａ、実施例５ｂ、実施例５ｃおよび実施例５ｄの吸引力カーブを示したグラフである。

【図18】本発明の第４実施例における、実施例６ａ、実施例６ｂ、実施例６ｃおよび実施例６ｄの吸引力カーブを示したグラフである。

【図19】本発明の第４実施例における、実施例７ａ、実施例７ｂおよび実施例７ｃの吸引力カーブを示したグラフである。

【図20】本発明の第５実施例における、実施例８ａ、実施例８ｂおよび実施例８ｃの吸着面からの距離による磁化の変化を示したグラフである。

【図21】本発明の第５実施例における、実施例８ａ、実施例８ｂおよび実施例８ｃの吸着面からの距離によるビッカース硬さの変化を示したグラフである。

【図22】本発明の第５実施例における、実施例８ａ、実施例８ｂおよび実施例８ｃの各々の領域のＦＥ－ＳＥＭ画像を示した写真である。

【図23】本発明の第５実施例における、実施例８ａ、実施例８ｂおよび実施例８ｃの吸着面からの距離による炭化物量の変化を示したグラフである。

【図24】本発明の第５実施例における、実施例８ａ、実施例８ｂおよび実施例８ｃの固定鉄心断面の半磁性領域周辺にトナーを吸着させた状態を示した写真である。

【図25】本発明の第５実施例における、実施例８ｂの固定鉄心の断面を腐食処理し、半磁性領域および非磁性領域の形成を確認した写真である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0024】

まず、図１～図３を参照して、本発明の一実施形態による比例ソレノイド１００について説明する。

【0025】

（比例ソレノイドの構成）
本発明の一実施形態による比例ソレノイド１００は、図１に示すように、油圧切替部１００ａ（図１において二重鎖線で模式的に図示）を備える油圧制御弁の一部を構成している。比例ソレノイド１００は、ソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１と、チューブ状の固定鉄心１に挿入されるロッド組立品２と、後部金物３とを備えている。なお、固定鉄心１は、特許請求の範囲の「管状部材」の一例である。また、ロッド組立品２は、特許請求の範囲の「可動磁性体」の一例である。

【0026】

固定鉄心１は、軸方向（Ｚ軸方向）に延びる管状の部材である。固定鉄心１は、Ｚ軸方向に延び、内部にロッド組立品２がＺ軸方向に移動可能に挿入される孔部１１を含む。孔部１１は、Ｚ２方向側に形成され、軸方向に直交する径方向（Ａ方向）に大きな収容部１１ａを有する。また、収容部１１ａのＺ１方向側の端部には、ロッド組立品２の後述する当接部２１ａが当接する吸着面１１ｂが形成されている。この吸着面１１ｂは、Ｚ軸方向と直交するＡ方向に広がる面に対して略平行に設けられており、ロッド組立品２の後述する対向面２１ｂがＺ軸方向に対向するように形成されている。また、収容部１１ａは、Ｚ２方向側でＺ軸方向に延びるように形成されている。また、孔部１１の吸着面１１ｂよりもＺ１方向側では、ロッド組立品２のＡ軸方向の位置を正しく保持するためのベアリング４が挿入されている。なお、ソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１の詳細な構成については、後述する。

【0027】

ロッド組立品２は、Ａ方向に大きな可動鉄心２１と、可動鉄心２１を貫通するようにＺ軸方向に延びる棒状のロッド２２とを含んでいる。可動鉄心２１は、収容部１１ａの径よりも若干小さな径を有している。また、可動鉄心２１のＺ１方向側の端面（対向面２１ｂ）には、吸着面１１ｂに当接する当接部２１ａが配置されている。当接部２１ａにより、可動鉄心２１の対向面２１ｂと吸着面１１ｂとが直接接触するのが抑制されている。また、可動鉄心２１の対向面２１ｂにおけるＡ方向の端部には、傾斜面２１ｃが周状に形成されている。この傾斜面２１ｃは、可動鉄心２１のＺ１方向側を若干テーパ形状にするために設けられている。また、吸着面１１ｂと対向面２１ｂとは、略全面に亘ってＺ軸方向に対向している。これにより、吸着面１１ｂと対向面２１ｂとの間に働く吸引力を大きくすることが可能である。

【0028】

また、ロッド組立品２は、非磁性体および強磁性体から構成されている。たとえば、ロッド２２は、非磁性体(ＳＵＳ３０４など)から構成されているとともに、可動鉄心２１は、強磁性体の炭素鋼（ＳＵＭ２３など）から構成されている。

【0029】

後部金物３は、収容部１１ａに接続され、ロッド組立品２のロッド２２のＺ２方向側の端部が挿入される穴部３ａを有している。また、穴部３ａには、ベアリング４が配置されることによって、ロッド組立品２を回転可能に軸支している。なお、比例ソレノイド１００において、ベアリング４は設けなくてもよい。また、後部金物３のＺ１方向側の端部は、ソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１のＺ２方向側の端部と溶接により接合されている。

【0030】

また、比例ソレノイド１００では、固定鉄心１の少なくとも熱処理領域Ｒを含む領域を周状に取り囲むように、コイル１００ｂが配置されている。また、コイル１００ｂと所定の隙間を隔てた状態で、固定鉄心１は固定されている。さらに、油圧切替部１００ａには、ロッド組立品２に対してＺ２方向に向かって付勢力を発生させる図示しないばねが配置されている。

【0031】

ここで、比例ソレノイド１００を備える油圧制御弁では、以下のような操作を行う。まず、コイル１００ｂに所定の大きさの電流を流すことによって、所定の大きさの磁界を発生させる。この磁場により、固定鉄心１と可動鉄心２１とが共に磁化される。この結果、可動鉄心２１に、固定鉄心１に吸引される吸引力がＺ１方向に働く。この際、固定鉄心１は、後に詳述するように、従来の機械加工によって磁性領域を減少させた固定鉄心（図７参照）と同様に磁化が緩やかなカーブを描いて減少する半磁性領域１４を有するように熱処理が施されているので、可動鉄心２１に働くＺ１方向の吸引力は、コイル１００ｂに流れる電流の大きさに対応して、可動鉄心２１の位置に拘わらず吸引力が略一定の平坦領域を含む吸引力カーブを示す。これにより、平坦領域において、コイル１００ｂに流れる電流の大きさに比例した吸引力をロッド組立品２に発生させることが可能である。

【0032】

なお、本明細書において、「吸引力が略一定」とは、吸引力の値が±１０％以内であることを意味することとする。また、「平坦領域」とは、平坦領域内の所定の位置（たとえば後述の実施例では吸着面１１ｂから１．０ｍｍの位置）の吸引力を基準吸引力とし、吸引力が基準吸引力の±１０％以内の値となる領域またはその長さを意味することとする。

【0033】

したがって、図１に示すように、比例ソレノイド１００の外部に設けられたばねの変位量に比例したＺ２方向への弾性力と、発生するＺ１方向への吸引力とが釣り合うように、コイル１００ｂに流れる電流の大きさを変化させることによって、可動鉄心２１の対向面２１ｂを、吸着面１１ｂから所定の距離ＤだけＺ軸方向に離間した位置に位置させることが可能である。この結果、油圧切替部１００ａにおける可動鉄心２１の突出量が変化することによって、油圧切替部１００ａを流通するオイルの圧力（油圧）の大きさを変化させることが可能である。

【0034】

なお、本実施形態の比例ソレノイド１００は、たとえば、３０ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下、さらには４５ＭＰａ以下の高圧のオイルに対して、油圧の大きさを変化させるような用途に好適に用いることが可能であり、このような高圧を１００万回繰り返し印加するサイクル試験を行っても破壊しない。また、本発明の比例ソレノイド１００の固定鉄心１は、１５０ＭＰａ程度の非常に大きい圧力が加えられたとしても、破断せずに十分な耐久性を有している。

【0035】

（固定鉄心の構造）
次に、図３および図４（ａ）～図４（ｄ）を参照して、ソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１の構造について詳細に説明する。図３は固定鉄心１のＺ軸方向の断面図、図４（ａ）は固定鉄心１の熱処理領域Ｒ周辺の拡大断面図（上から比較例（機械加工によって形成した磁性部と非磁性部のテーパ面を突き合わせ接合した比例ソレノイド）のテーパ角度θ＝６０度相当、４５度相当、３０度相当のソレノイド特性を示す固定鉄心１）、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す各々の固定鉄心１の磁化を示す図、図４（ｃ）は、比較例のテーパ角度θ＝４５度相当のソレノイド特性を示す固定鉄心１のビッカース硬さ（ＨＶ）、図４（ｄ）は、比較例のテーパ角度θ＝４５度相当のソレノイド特性を示す固定鉄心１の各組織の存在比を示す図である。

【0036】

固定鉄心１は、図３および図４（ａ）～図４（ｄ）に示すように、主に強磁性体であるフェライト組織（α－Ｆｅ相）からなる磁性領域１２と、主に非磁性体であるオーステナイト組織（γ－Ｆｅ相）からなる非磁性領域１３と、磁性領域１２と非磁性領域１３との間に形成され、強磁性体であるマルテンサイト組織（Ｍｓ相）を含む半磁性領域１４とを含む、複合磁性体材料から構成されている。磁性領域１２は、外部磁場により磁化されやすい領域であり、非磁性領域１３は、外部磁場によってほとんど磁化されない領域である。なお、半磁性領域１４と非磁性領域１３との境界１４ａは、非磁性領域１３からＺ１方向またはＺ２方向にマルテンサイト組織が存在し始める位置である。また、半磁性領域１４と磁性領域１２との境界１４ｂは、マルテンサイト組織の存在比がフェライト組織の存在比と等しくなる位置である。境界１４ｂより半磁性領域１４側ではマルテンサイト組織の存在比のほうが多く、磁性領域１２側ではフェライト組織の存在比のほうが多い。図４（ａ）の各々の領域の位置は図４（ｂ）に示す磁化の値に略対応している。

【0037】

非磁性領域１３および半磁性領域１４は、収容部１１ａのＺ１方向側（吸着面１１ｂ側）に形成された熱処理領域Ｒに設けられている。磁性領域１２は、熱処理領域Ｒ以外の領域に設けられている。熱処理領域Ｒは、吸着面１１ｂからＺ２方向に離間した位置に設けられている。また、熱処理領域Ｒは、ソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１の内表面１１ｃから外表面１１ｄに亘るＡ方向の全体に形成されている。なお、先述のように、半磁性領域１４と磁性領域１２との境界１４ｂは、マルテンサイト組織の存在比がフェライト組織の存在比と等しくなる位置であり、磁性領域１２の境界１４ｂ付近にはわずかにマルテンサイト組織が存在し、熱処理の影響が及ぶ。しかしながら、明確性のため、本明細書では非磁性領域１３および半磁性領域１４を熱処理領域Ｒとする。また、本明細書において、磁性領域１２が「主にフェライト組織からなる」とは、熱処理の影響が及ばない大部分の領域は実質的にフェライト組織のみであり、熱処理の影響が及ぶ部分においてもフェライト組織が５０％以上であるということを意味する。さらに、非磁性領域１３が「主にオーステナイト組織からなる」とは、実質的にオーステナイト組織からなり、フェライト組織、マルテンサイト組織が存在しないということを意味する。

【0038】

また、磁性領域１２と非磁性領域１３と半磁性領域１４とは、互いに接合部を有さずに、同一の固定鉄心１にＺ軸方向に沿って連続的かつ一体的に形成されている。つまり、磁性領域１２と非磁性領域１３と半磁性領域１４とは、溶接およびろう付けなどの接合処理を行わずに、連続的かつ一体的に形成されている。なお、磁性領域１２、非磁性領域１３および半磁性領域１４は、固定鉄心１を構成する、主にフェライト組織からなる磁性領域１２と主にオーステナイト組織からなる非磁性領域１３とを形成可能な複合磁性体用材料に対して高周波加熱による熱処理を行うことによって、連続的かつ一体的に形成されている。この結果、接合部を有する固定鉄心と異なり、３０ＭＰａ以上の高圧のオイルに対して油圧の大きさを変化させるような用途に比例ソレノイド１００を用いた場合であっても、本実施形態の固定鉄心１は十分な耐久性を有している。また、肉盛溶接などに起因する化合物が磁性領域１２と半磁性領域１４との境界などに形成されないので、化合物に起因して磁気特性が変化するのを抑制することができる。なお、固定鉄心１を構成する複合磁性体用材料の具体的な組成については、後述する。

【0039】

半磁性領域１４は、非磁性領域１３をＺ軸方向に挟み込むように一対形成されている。つまり、半磁性領域１４は、非磁性領域１３よりも吸着面１１ｂ側に位置する第１半磁性領域１４ｃと、非磁性領域１３よりも吸着面１１ｂとは反対側に位置する第２半磁性領域１４ｄとを含んでいる。また、磁性領域１２は、非磁性領域１３および半磁性領域１４（熱処理領域Ｒ）をＺ軸方向に挟み込むように一対形成されている。つまり、磁性領域１２は、吸着面１１ｂを含み第１半磁性領域１４ｃよりも吸着面１１ｂ側に位置する第１磁性領域１２ａと、第２半磁性領域１４ｄよりも吸着面１１ｂとは反対側に位置する第２磁性領域１２ｂとを含んでいる。なお、熱処理時の固定鉄心１の形状によっては熱伝導がＺ軸方向に異なるため、それぞれの領域は組織的に必ずしもＺ軸方向に対称に形成されなくてもよい。たとえば、後述する距離Ｌ１および距離Ｌ２がＺ１方向側とＺ２方向側とでそれぞれ異なってもよい。なお、第１磁性領域１２ａおよび第１半磁性領域１４ｃと、第２磁性領域１２ｂおよび第２半磁性領域１４ｄとのうち、比例ソレノイド１００に要求されるソレノイド特性（吸引力カーブ）に主に関与するのは、第１磁性領域１２ａおよび第１半磁性領域１４ｃのみである。

【0040】

図４（ｃ）に示すように、固定鉄心１は、硬さの分布が領域毎に異なるように、具体的には、ビッカース硬さ（ＨＶ）が２００≦ＨＶ≦６００の範囲になるように作製されている。そして、磁性領域１２および非磁性領域１３においてビッカース硬さ（ＨＶ）が２００≦ＨＶ≦３００であり、半磁性領域１４においてビッカース硬さ（ＨＶ）が４００≦ＨＶ≦６００の極大値が存在するように、固定鉄心１が作製されている。

【0041】

ここで、本実施形態では、半磁性領域１４（第１半磁性領域１４ｃおよび第２半磁性領域１４ｄ）は、非磁性領域１３から磁性領域１２（第１磁性領域１２ａおよび第２磁性領域１２ｂ）に向かって磁化が大きくなるような緩やかな磁気勾配を有している。また、図４（ｃ）に示すように、半磁性領域１４は、半磁性領域１４の非磁性領域１３側では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かって硬さが大きくなるような硬さ勾配を有している。このことは、機械的強度としての硬さが比較的小さい（ビッカース硬さ（ＨＶ）が２００～３００程度）オーステナイト組織の存在比が小さくなるとともに、硬さが比較的大きい（ビッカース硬さ（ＨＶ）が４００以上程度）マルテンサイト組織の存在比が大きくなっていることを示している。また、半磁性領域１４は、半磁性領域１４の磁性領域１２側では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かって硬さが小さくなるような硬さ勾配を有している。このことは、硬さが比較的大きいマルテンサイト組織の存在比が小さくなるとともに、硬さが比較的小さいフェライト組織（ビッカース硬さ（ＨＶ）が２００～３００程度）の存在比が大きくなっていることを示している。すなわち、半磁性領域１４は、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かって、硬さが大きくなって半磁性領域１４内にビッカース硬さ（ＨＶ）が４００以上の極大値を有し、その後、小さくなるような硬さ勾配を有している。

【0042】

上記のビッカース硬さＨＶの変化は、以下の組織の存在比についての記述を裏付けるものである。すなわち、図４（ｄ）に示すように、半磁性領域１４の非磁性領域１３側では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かって、非磁性のオーステナイト組織（γ－Ｆｅ相）の存在比が小さくなるとともに、強磁性のマルテンサイト組織（Ｍｓ相）の存在比が大きくなるように構成されている。また、半磁性領域１４の磁性領域１２側では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かって、マルテンサイト組織の存在比が小さくなるとともに、マルテンサイト組織よりも強磁性のフェライト組織（α－Ｆｅ相）の存在比が大きくなるように構成されている。このことは、半磁性領域１４にマルテンサイト組織の存在比の極大値が存在することを意味する。この、フェライト組織よりやや磁化の低いマルテンサイト組織が豊富に存在しながら非磁性のオーステナイト組織からフェライト組織に変化するような組織構成により、図４（ｂ）に示すように、半磁性領域１４は、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かって磁化が大きくなるような緩やかな磁気勾配を有している。この結果、半磁性領域１４において、先行技術のテーパ面が形成された領域に対応する磁化を生じさせることができる。そして、本実施形態の比例ソレノイド１００は、半磁性領域１４を適切に変化させることによって、機械加工によって形成した磁性部と非磁性部のテーパ面を突き合わせ接合した、比較例の比例ソレノイドと略同様のソレノイド特性（吸引力カーブ）を得ることができる。

【0043】

また、各組織の炭化物量については以下のとおりである。熱処理前の固定鉄心１（後述する管状部材１０１）を構成する複合磁性体用材料は、後述するように、質量％で０．３％以上１．２％以下の炭素を含んでいる。ここで、質量％で０．３％以上１．２％以下の炭素はフェライト組織内にそのうちのわずかしか固溶しないので、後述する高周波加熱による熱が実質的に加えられなかった磁性領域１２では、固溶しなかった炭素が炭化物として存在し、炭化物が多く検出される。一方、高周波加熱によって熱が加えられた領域では、炭化物（炭素）は組織内に固溶しオーステナイト組織を形成するので、非磁性領域１３に存在する炭化物はないか、または、非常に少ない。マルテンサイト組織においては一部の炭素が組織内に固溶し、残りは炭化物として析出するので、半磁性領域１４では磁性領域１２より炭化物が少なく、非磁性領域１３より炭化物が多い。つまり、フェライト組織、マルテンサイト組織、オーステナイト組織を含む半磁性領域１４に存在する炭化物は、主にオーステナイト組織からなる非磁性領域１３に存在する炭化物よりも多く、かつ、主にフェライト組織からなる磁性領域１２に存在する炭化物よりも少ない。さらに、先述の、半磁性領域１４においてマルテンサイト組織の極大値が存在する組織構成は、半磁性領域１４に存在する炭化物が、磁性領域１２から非磁性領域１３に向かって徐々に減少することを意味している。

【0044】

また、半磁性領域１４は、内表面１１ｃから外表面１１ｄに向かって、非磁性領域１３のＺ軸方向の中心Ｏと、半磁性領域１４の非磁性領域１３側の端部（境界１４ａ）との距離Ｌ１が大きくなるように構成されている。また、半磁性領域１４は、内表面１１ｃから外表面１１ｄに向かって、非磁性領域１３のＺ軸方向の中心Ｏと、および半磁性領域１４の磁性領域１２側の端部（境界１４ｂ）との距離Ｌ２が大きくなるように構成されている。

【0045】

なお、非磁性領域１３と半磁性領域１４との境界１４ａと固定鉄心１の内表面１１ｃとがなす角度をθｘ（従来の比例ソレノイドのテーパ角度θに略対応）とすると、角度θｘは、ソレノイド特性が対応する比較例の比例ソレノイドのテーパ角度θの大きさと相関が小さいと考えられる。一方、非磁性領域１３のＺ軸方向の距離に対応する距離Ｌ１は、対応する比較例の比例ソレノイドのテーパ角度θと相関があると考えられる。具体的には、非磁性領域１３のＺ軸方向の距離に対応する距離Ｌ１は、対応する比較例のテーパ角度θが大きくなるにつれて小さくなる傾向にある。また、半磁性領域１４は、吸着面１１ｂからＺ軸方向に離間した位置に形成されている。つまり、半磁性領域１４のＺ１方向側の端部（境界１４ｂ）は、吸着面１１ｂからＺ軸方向に離間した位置に位置している。

【0046】

（複合磁性体用材料の組成）
次に、ソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１を構成する複合磁性体用材料の組成について説明する。

【0047】

固定鉄心１を構成する複合磁性体用材料は、質量％で、０．３％以上１．２％以下のＣ（炭素）を含む鉄合金である。なお、固定鉄心１を構成する複合磁性体用材料は、質量％で、０．３％以上１．２％以下のＣ、０．１％以上３％以下のＳｉ（ケイ素）、０．１％以上４％以下のＭｎ（マンガン）、４％以下のＮｉ（ニッケル）、４％以上２０％以下のＣｒ（クロム）、２％以下のＡｌ（アルミニウム）、残部Ｆｅ（鉄）および不可避不純物を含有する鉄合金であることが望ましい。また、複合磁性体用材料は、質量％で、０．３０％以上１．２０％以下のＣ、０．１０％以上３．０％以下のＳｉ（ケイ素）、０．１０％以上４．０％以下のＭｎ（マンガン）、４．０％以下のＮｉ（ニッケル）、４．０％以上２０．０％以下のＣｒ（クロム）、２．０％以下のＡｌ（アルミニウム）、残部Ｆｅ（鉄）および不可避不純物を含有する鉄合金であることがより望ましい。これ以降、元素の含有率の「％」は「質量％」を意味する。

【0048】

Ｃ：０．３０％以上１．２０％以下
Ｃは、オーステナイト形成元素として、非磁性領域１３の形成に有効な元素である。なお、Ｃが０．３０％未満では、非磁性領域１３が安定的に形成されにくい。Ｃが１．２０％を超えると複合磁性体（固定鉄心１）の加工性が低下する。このため、Ｃの含有率は、０．３０％以上１．２０％以下である。

【0049】

Ｓｉ：０．１０％以上３．０％以下
Ｓｉは、複合磁性体用材料において軟磁性特性を向上させて保磁力を小さくする効果がある元素である。なお、Ｓｉが０．１０％未満では、軟磁性特性向上の効果が小さく、Ｓｉが３．０％を超えると複合磁性体（固定鉄心１）の加工性が低下する。このため、Ｓｉの含有率は、０．１０％以上３．０％以下が望ましい。より望ましいＳｉの含有率の範囲は、０．３０％以上２．５％以下である。

【0050】

Ｍｎ：０．１０％以上４．０％以下
Ｍｎは、オーステナイト形成元素として、非磁性領域１３の形成に有効な元素である。なお、Ｍｎが０．１０％未満では、非磁性領域１３の形成の効果が小さく、Ｍｎが４．０％を超えると複合磁性体（固定鉄心１）の加工性が低下する。このため、Ｍｎの含有率は、０．１０％以上４．０％以下が望ましい。

【0051】

Ｎｉ：４．０％以下
Ｎｉは、オーステナイト形成元素として、非磁性領域１３の形成に有効な元素である。Ｎｉが４．０％を超えると複合磁性体（固定鉄心１）の加工性が著しく低下する。このため、Ｎｉの含有率は、４．０％以下が望ましい。なお、Ｎｉは比較的高価であるので、複合磁性体用材料に含有させなくてもよい。

【0052】

Ｃｒ：４．０％以上２０．０％以下
Ｃｒは、複合磁性体の耐食性を向上させるとともに、電気抵抗率を大きくする効果がある元素である。さらに、Ｃｒは、非磁性領域１３のオーステナイト組織を安定化させる効果も有する。なお、Ｃｒが４．０％未満では、耐食性向上、電気抵抗率上昇およびオーステナイト組織の安定化の効果が小さく、Ｃｒが２０．０％を超えると、複合磁性体の飽和磁化が著しく低下するとともに、複合磁性体（固定鉄心１）の加工性が低下する。このため、Ｃｒの含有率は、４．０％以上２０．０％以下が望ましい。

【0053】

Ａｌ：２．０％以下
Ａｌは、複合磁性体用材料において軟磁性特性を向上させて保磁力を小さくする効果がある元素である。なお、Ａｌが２．０％を超えると、介在物を形成して複合磁性体（固定鉄心１）の加工性が低下する。このため、Ａｌの含有率は、２．０％以下が望ましい。なお、Ａｌは、上記のように介在物を形成するため、複合磁性体用材料に含有させなくてもよい。

【0054】

不可避不純物
不可避不純物としては、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）、Ｏ（酸素）およびＮ（窒素）などの元素が挙げられる。これらの不純物元素は、複合磁性体用材料の磁気特性および加工性などに影響しない範囲として、各々、０．１％以下の範囲で含有させてもよい。

【0055】

（複合磁性体用材料の製造方法）
次に、固定鉄心１を構成する複合磁性体用材料の製造方法について簡単に説明する。

【0056】

上記組成範囲になるように秤量した原料を真空溶解した後、鋳型を用いて鋳造して鋼塊を作製する。そして、所定の温度（１０００℃程度）に加熱して鍛造した後、所定の温度（１０００℃程度）に加熱して熱間圧延を行う。これにより、所定の厚みを有する熱間圧延材を作製する。そして、熱間圧延材に対して、研磨、洗浄等を行った後、不活性雰囲気下で焼鈍（９００℃程度）を行う。最後に、冷間圧延を行うことによって、主にフェライト組織からなる棒状の複合磁性体用材料を作製する。

【0057】

（比例ソレノイドの製造方法）
次に、図１および図４～図６を参照して、比例ソレノイド１００の製造方法について説明する。

【0058】

まず、図５に示すように、上記棒状の複合磁性体用材料を用いて管状部材１０１を準備する。なお、この時点では、管状部材１０１に熱処理領域Ｒ（図４参照）は形成されておらず、管状部材１０１の全体が主にフェライト組織からなる。

【0059】

そして、図６に示す加熱工程として、高周波誘導加熱装置１０２を用いて、管状部材１０１に高周波熱処理を行う。高周波誘導加熱装置１０２は、高周波印加部１０２ａと、高周波コイル１０２ｂと、回転ステージ１０２ｃと、固定治具１０２ｄと、放射温度計１０２ｅとを有している。高周波印加部１０２ａは、高周波コイル１０２ｂに流す交流電流の電流量を制御する機能を有する。なお、回転ステージ１０２ｃは、回転軸回りに所定の回転速度で回転する機能を有する。固定治具１０２ｄは回転ステージ１０２ｃ上に管状部材１０１を固定する機能を有する。

【0060】

放射温度計１０２ｅは、熱処理部分の温度を非接触で測定する機能を有する。ここで、放射温度計１０２ｅを用いて正確な温度測定を行うため、管状部材１０１の外側表面に黒体塗料（ジャパンセンサー社製ＪＳＣ３号など）を塗布することが好ましい。さらに、温度をより正確に測定可能な熱電対と、放射温度計１０２ｅとを用いて温度を測定して、熱電対の温度データと放射温度計１０２ｅの温度データとを比較することによって、放射温度計１０２ｅに対して予め校正を行うのが好ましい（熱電対で温度を測定する場合、管状部材１０１は回転させなくてもよい）。これにより、放射温度計１０２ｅにより、正確な温度を非接触で測定することが可能である。また、シミュレーションによる熱解析で管状部材１０１における熱挙動を確認することによって、熱処理部分の温度をより正確に測定可能となる。

【0061】

具体的な高周波加熱の方法としては、まず、管状部材１０１を、回転軸の延びる方向と管状部材１０１の延びるＺ軸方向とが一致するように、回転ステージ１０２ｃ上に配置する。そして、固定治具１０２ｄにより、回転ステージ１０２ｃ上に管状部材１０１を固定する。

【0062】

その後、管状部材１０１の非磁性領域形成部分Ｒ１を含む加熱位置Ｈ（高周波コイル１０２ｂと対向する領域）を周状に取り囲むように高周波コイル１０２ｂを配置する。高周波コイル１０２ｂのＺ軸方向の厚みｈは、熱処理領域Ｒおよび非磁性領域形成部分Ｒ１のＺ軸方向の寸法に応じて適宜選定されるのがよい。この際、管状部材１０１の吸着面１１ｂと高周波コイル１０２ｂの吸着面１１ｂ側（Ｚ１方向側）の端部とがＺ軸方向に離れるように、高周波コイル１０２ｂを配置する。これにより、高周波コイル１０２ｂの端部が位置する非磁性領域形成部分Ｒ１の周辺（半磁性領域１４が形成される部分）を吸着面１１ｂから離間させることができるので、半磁性領域１４と吸着面１１ｂとの間に磁性領域１２を確保することができる。この結果、比例ソレノイド１００において、平坦領域が形成された吸引力カーブを得ることができる。

【0063】

具体的には、吸着面１１ｂと高周波コイル１０２ｂの吸着面１１ｂ側の端部との距離ｔが１ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように、高周波コイル１０２ｂが配置されることが好ましく、距離ｔが１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下となるように高周波コイル１０２ｂが配置されることがより好ましい。ここで、高周波コイル１０２ｂのＺ軸方向の中心Ｏ１が、高周波コイル１０２ｂにより加熱される加熱位置ＨのＺ軸方向の中心となる。たとえば、厚みｈ＝１０ｍｍである場合、加熱位置Ｈの中心は、管状部材１０１の吸着面１１ｂから６ｍｍ以上８ｍｍ以下の距離ｄだけ離れた位置に位置することが好ましく、６．５ｍｍ以上７．５ｍｍ以下の距離ｄだけ離れた位置に位置することがより好ましい。

【0064】

なお、熱処理領域Ｒは、加熱位置ＨよりもＺ軸方向にやや大きな領域、および非磁性領域形成部分Ｒ１は加熱位置ＨよりもＺ軸方向に小さな領域であり、加熱位置Ｈを変化させる（Ｚ軸方向に加熱位置Ｈを移動させる）ことによってこれらの位置を変化させることができるので、ロッド組立品２（可動鉄心２１）と磁性領域１２、非磁性領域１３および半磁性領域１４との位置関係を異ならせることが可能である。この結果、加熱位置Ｈを変化させることによって、比例ソレノイド１００における吸引力カーブの平坦領域の範囲の大きさ（ソレノイド特性）を変化させることが可能である。

【0065】

そして、回転ステージ１０２ｃにより管状部材１０１を所定の回転速度（たとえば、２００ｒｐｍ）で回転させながら、高周波コイル１０２ｂに所定の電流量および周波数で交流電流を流す。これにより、非磁性領域形成部分Ｒ１およびその近傍（加熱位置Ｈ）を、管状部材１０１の外部から急速加熱する（加熱工程）。この際、周波数は、たとえば、４０ｋＨｚ以上８０ｋＨｚ以下の高周波である。また、少なくとも非磁性領域形成部分Ｒ１における加熱速度が１００℃／秒以上（好ましくは、１５０℃／秒以上）２５０℃／秒以下（好ましくは、２００℃／秒以下）の加熱速度になるように、高周波コイル１０２ｂに流す交流電流の電流量を変化させる。

【0066】

なお、上記加熱速度の範囲において、加熱速度が小さい側では、熱処理によって非磁性のオーステナイト組織以外に炭化物が残存する不安定組織が形成されやすい。すなわち、熱処理後の急冷によって半磁性領域１４が形成されやすく、平坦領域の範囲の小さな吸引力カーブを有する固定鉄心１（比例ソレノイド１００）が得られやすい。具体的には、１００℃／秒以上１７０℃／秒以下の加熱速度の場合には、テーパ角度θが４５度未満である従来の比例ソレノイドに対応する比例ソレノイド１００が得られやすい。

【0067】

また、加熱速度が大きい側では、熱処理によって非磁性のオーステナイト組織以外に炭化物が残存する不安定組織が形成されにくい。すなわち、熱処理後の急冷によって半磁性領域１４が形成されにくく、平坦領域の範囲の大きな吸引力カーブを有する固定鉄心１（比例ソレノイド１００）が得られやすい。具体的には、１７０℃／秒超２５０℃／秒以下の加熱速度の場合には、テーパ角度θが４５度以上である従来の比例ソレノイドに対応する比例ソレノイド１００が得られやすい。

【0068】

なお、本明細書では、熱処理によって非磁性のオーステナイト組織以外に炭化物が残存する不安定組織が形成されやすく、熱処理後の急冷によって結果として半磁性領域１４が形成されやすいことを、単に半磁性領域１４が形成されやすいと言うことがある。また、従来（比較例）の比例ソレノイドのテーパ角度θを参照して本発明の比例ソレノイドの特性を論じるが、あくまでソレノイド特性が、所定のテーパ角度θを有する従来の比例ソレノイドに対応するということを意味するものである。つまり、本発明の比例ソレノイド１００においても非磁性領域１３と半磁性領域１４との境界と固定鉄心１の内表面１１ｃとがなす角度θｘ（図４参照）、および、半磁性領域１４と磁性領域１２との境界と固定鉄心１の内表面１１ｃとがなす角度θｙ（図４参照）が、対応する従来（比較例）の比例ソレノイドのテーパ角度θと同じ角度を有していることを意味するものではない。

【0069】

また、加熱工程では、非磁性領域形成部分Ｒ１における加熱温度が１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度になるまで、非磁性領域形成部分Ｒ１（加熱位置Ｈ）を加熱する。上記加熱温度の範囲において加熱温度が大きい側では、半磁性領域１４が形成されやすいので、平坦領域の範囲の小さな吸引力カーブを有する固定鉄心１（比例ソレノイド１００）が得られやすい。すなわち、たとえば、テーパ角度θが４５度未満である従来の比例ソレノイドに対応する比例ソレノイド１００が得られやすい。また、加熱温度が小さい側では、半磁性領域１４が形成されにくいので、平坦領域の範囲の大きな吸引力カーブを有する固定鉄心１（比例ソレノイド１００）が得られやすい。すなわち、たとえば、テーパ角度θが４５度以上である従来の比例ソレノイドに対応する比例ソレノイド１００が得られやすい。

【0070】

そして、非磁性領域形成部分Ｒ１における加熱温度が１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度になった後、５秒以上２０秒以下の保持時間の間、非磁性領域形成部分Ｒ１（加熱位置Ｈ）の加熱状態を保持する（保持工程）。なお、管状部材１０１の厚み方向（径方向）に熱を確実に伝導し、非磁性領域１３を形成するために、保持時間は１０秒以上であるのが好ましく、１０秒超であるのがより好ましい。なお、また、熱処理領域Ｒを除く部分（磁性領域１２の部分）にまで熱が伝導されるのを確実に抑制するために、保持時間は１５秒以下が好ましい。上記保持時間の範囲において、保持時間が長い側では半磁性領域１４が形成されやすいので、平坦領域の範囲の小さな吸引力カーブを有する固定鉄心１（比例ソレノイド１００）が得られやすい。すなわち、たとえば、テーパ角度θが４５度未満である従来の比例ソレノイドに対応する比例ソレノイド１００が得られやすい。また、保持時間が短い側では半磁性領域１４が形成されにくいので、平坦領域の範囲の大きな吸引力カーブを有する固定鉄心１（比例ソレノイド１００）が得られやすい。すなわち、たとえば、テーパ角度θが４５度以上である従来の比例ソレノイドに対応する比例ソレノイド１００が得られやすい。

【0071】

また、図６に示す保持工程では、少なくとも非磁性領域形成部分Ｒ１の保持温度勾配が－２０℃／秒以上５℃／秒以下の保持温度勾配範囲に含まれるように、高周波コイル１０２ｂに流す交流電流の電流量を変化させるのが好ましい。また、少なくとも非磁性領域形成部分Ｒ１の保持温度勾配が－１５℃／秒以上０℃／秒以下の保持温度勾配範囲に含まれるように、高周波コイル１０２ｂに流す交流電流の電流量を変化させるのがより好ましい。さらに、少なくとも非磁性領域形成部分Ｒ１の保持温度勾配が－１０℃／秒以上０℃／秒以下の保持温度勾配範囲に含まれるように、高周波コイル１０２ｂに流す交流電流の電流量を変化させるのがさらに好ましい。

【0072】

また、保持工程における高周波コイル１０２ｂに流す交流電流の電流量は、加熱工程における高周波コイル１０２ｂに流す交流電流の電流量よりも小さい。ここで、保持温度勾配を０℃／秒（または５℃／秒）に近づけると、半磁性領域１４が形成されやすいので、平坦領域の範囲の小さな吸引力カーブを有する固定鉄心１（比例ソレノイド１００）が得られやすい。すなわち、たとえば、テーパ角度θが４５度未満である従来の比例ソレノイドに対応する比例ソレノイド１００が得られやすい。また、保持温度勾配を小さくする（－１０℃／秒（または－２０℃／秒）に近づける）と、半磁性領域１４が形成されにくいので、平坦領域の範囲の大きな吸引力カーブを有する固定鉄心１（比例ソレノイド１００）が得られやすい。すなわち、たとえば、テーパ角度θが４５度以上である従来の比例ソレノイドに対応する比例ソレノイド１００が得られやすい。なお、保持温度勾配の制御手段として、上記したように電流量を変化させる例を説明したが、電流量を変化させる以外に、管状部材１０１の非磁性領域形成部分Ｒ１の加熱中に、管状部材１０１の内部に流量等が調整された冷却水を流すことなどによっても、保持温度勾配の制御を行うことが可能である。

【0073】

上記熱処理により、非磁性領域形成部分Ｒ１において、強磁性のフェライト組織がオーステナイト組織に変態するとともに、複合磁性体用材料に含まれる炭化物がオーステナイト組織中に完全に固溶する。このオーステナイト組織は熱的に安定であり、この結果、非磁性領域形成部分Ｒ１に非磁性のオーステナイト組織が安定的に形成される。また、非磁性領域形成部分Ｒ１の周辺（非磁性領域１３の周辺、図４において「Ｉ」で指し示す位置）においては、非磁性のオーステナイト組織以外に炭化物（主にＭ₂₃Ｃ₆、ＭはＦｅなどの複合磁性体用材料を形成する金属）が残存する不安定組織が形成される。ここで、非磁性領域形成部分Ｒ１近傍では、熱の伝導量が大きいので不安定組織の形成量が小さくなる一方、非磁性領域形成部分Ｒ１から離れるに従って、熱の伝導量が小さくなり不安定組織の形成量が大きくなる。

【0074】

一方、非磁性領域形成部分Ｒ１から離間した位置（図４において「ＩＩ」で指し示す位置）では、安定的なオーステナイト組織が形成されずに、不安定組織のみが形成される。さらに、非磁性領域形成部分Ｒ１からより離間した位置（図４において「ＩＩＩ」で指し示す位置）では、非磁性領域形成部分Ｒ１の熱が十分に伝導されずに、一部のみ不安定組織が形成される一方、残りの部分には、フェライト組織が残存する。また、非磁性領域形成部分Ｒ１から十分に離れた位置（図４において「ＩＶ」で指し示す位置）では、フェライト組織からオーステナイト組織への変態は生じない。

【0075】

保持時間が経過した後、高周波コイル１０２ｂに流す電流を停止させるとともに、高周波誘導加熱装置１０２の近傍の図示しない水槽に管状部材１０１を浸けることによって、管状部材１０１を急冷する（図６に示す水冷工程）。ここで、「急冷」とは、１５０℃／秒以上の冷却速度のことである。水槽の大きさにもよるが冷却水の温度は室温でよい。なお、空冷は、高周波コイル１０２ｂへの電流を停止してから管状部材１０１を水槽に浸けるまでの間に行われる。空冷の時間が長いと吸引力カーブが全体的に下がる傾向にあるので、空冷の時間は短ければ短いほどよく、５秒以内、具体的には０．５秒以上５秒以下程度である。また、急冷方法は水冷に限られない。たとえば、油冷により加熱した管状部材を急冷してもよい。

【0076】

ここで、非磁性領域形成部分Ｒ１において、急冷後も組織を維持することが可能な安定的なオーステナイト組織が形成されているので、非磁性領域形成部分Ｒ１に、主に非磁性のオーステナイト組織からなる非磁性領域１３（図４（ａ）参照）が形成される。

【0077】

一方で、非磁性領域形成部分Ｒ１の周辺（図４（ａ）において「Ｉ」で指し示す位置）の不安定組織は、急冷により組織が変態してマルテンサイト組織になる。これにより、半磁性領域１４が形成される。ここで、半磁性領域１４の非磁性領域１３近傍では、不安定組織が少ないので、変態するマルテンサイト組織の形成量が小さくなる一方、非磁性領域１３から離れるに従って不安定組織が多くなるので、変態するマルテンサイト組織の形成量が大きくなる。この結果、図４（ｄ）に示すように、半磁性領域１４の非磁性領域１３側では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かってオーステナイト組織の存在比が小さくなるとともに、マルテンサイト組織の存在比が大きくなる。

【0078】

また、半磁性領域１４において非磁性領域１３からより離間した位置（図４（ａ）において「ＩＩＩ」で指し示す位置）では、一部のみに形成された不安定組織がマルテンサイト組織に変態し、フェライト組織と共存する。ここで、半磁性領域１４において非磁性領域１３からより離間した位置では、磁性領域１２に近づくに従って不安定組織が少なくなるので、半磁性領域１４の磁性領域１２側では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かってマルテンサイト組織の存在比が小さくなるとともに、フェライト組織の存在比が大きくなる。

【0079】

磁性領域１２の半磁性領域１４側では、マルテンサイト組織の存在比がフェライト組織の存在比以下となり、非磁性領域形成部分Ｒ１から十分に離れた位置（図４において「ＩＶ」で指し示す位置）では、マルテンサイト組織への変態が生じていないので、フェライト組織のみになる。

【0080】

また、非磁性領域形成部分Ｒ１およびその周辺を管状部材１０１の外部から加熱することによって、管状部材１０１の外表面１１ｄ側は、管状部材１０１の内表面１１ｃ側と比べて熱の影響が大きい。このため、半磁性領域１４では、内表面１１ｃから外表面１１ｄに向かって、非磁性領域１３のＺ軸方向の中心Ｏと、半磁性領域１４の非磁性領域１３側の端部（境界１４ａ）との距離Ｌ１および半磁性領域１４の磁性領域１２側の端部（境界１４ｂ）との距離Ｌ２が大きくなると考えられる。

【0081】

ただし、たとえば、非磁性領域１３と半磁性領域１４との境界１４ａと管状部材１０１の内表面１１ｃがなす角度をθｘ（従来の比例ソレノイドのテーパ角度θに略対応）とすると、境界１４ａは非磁性領域１３から半磁性領域１４、さらに磁性領域１２へと連続的に組織が変化するうちの、マルテンサイト組織が存在し始める位置であるため、境界１４ａを正確に特定し角度θｘを測定するのは難しい。しかしながら、後述の実施例８ａ～８ｃに示すように、簡易的な方法で観察したところ、同様の特性のものを比較した場合、角度θｘはテーパ角度θの大きさとは相関がなく、角度θｘは７０度以上８５度以下程度になるようである。このことは、本発明の比例ソレノイド１００のソレノイド特性（吸引力カーブ）が、従来の比例ソレノイドのように磁性部分と非磁性部分のテーパ角度θによって決定されるものではなく、本発明の比例ソレノイド１００の製造方法の様々な条件設定によってもたらされた管状部材１０１の組織変化が大きく寄与したものであることを示しており、従来（たとえば、特許文献３）のソレノイドの製造方法からは全く想定されないものである。なお、非磁性領域１３のＺ軸方向の距離に対応する距離Ｌ１は、対応するテーパ角度θと相関があると考えられる。具体的には、対応するテーパ角度θが大きくなるにつれて距離Ｌ１は小さくなる傾向が見られる。

【0082】

これにより、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かって磁化が大きくなるような緩やかな磁気勾配、および、硬さが大きくなって小さくなるような硬さ勾配を有する半磁性領域１４と、磁性領域１２と、非磁性領域１３とを有するソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１が作製される。

【0083】

ここで、上記に詳細に述べたとおり、加熱速度、加熱温度、保持時間、および、保持温度勾配の少なくともいずれか１つを上記した範囲内で適宜変化させることによって、固定鉄心１の磁気特性の分布を所望の磁気特性の分布に変化させる（制御する）ことが可能である。これにより、平坦領域の長さなど所望のソレノイド特性を有する吸引力カーブを得ることが可能である。また、加熱位置Ｈの位置を変化させることによっても、固定鉄心１のソレノイド特性を所望のソレノイド特性に変化させる（制御する）ことが可能である。これらのうち、上記の範囲では、保持温度勾配を変化させることによって、比例ソレノイド１００の吸引力カーブを最も大きく変化させることが可能である。また、保持温度勾配を変化させる場合よりも劣るものの、加熱速度を変化させることによっても、比例ソレノイド１００の吸引力カーブを大きく変化させることが可能である。また、最も変化量が小さいのが保持時間および加熱位置Ｈを変化させた場合である。したがって、比例ソレノイド１００の吸引力カーブを大きく変化させたい場合には、保持温度勾配などを変化させ、比例ソレノイド１００の吸引力カーブを微小に変化させたい場合には、保持時間および加熱位置Ｈを変化させることによって、所望の吸引力カーブを得ることが可能である。つまり、加熱速度、加熱温度、保持時間、加熱位置Ｈ、および、保持温度勾配の少なくともいずれか１つまたはいずれかを組み合わせて変化させることによって、比例ソレノイド１００において所望の吸引力カーブを得ることが可能である。

【0084】

その後、磁性領域１２と半磁性領域１４と非磁性領域１３とを含むソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１にＺ軸方向に移動可能なロッド組立品２、および必要に応じてベアリング４を挿入した状態で、後部金物３を固定鉄心１のＺ２方向側の端部に溶接する。これにより、比例ソレノイド１００が作製される。

【0085】

（第１実施例）
次に、図１、図５および図７～図９を参照して、第１実施例について説明する。第１実施例では、テーパ角度θが４５度である比較例１と同様の吸引力カーブ（ソレノイド特性）を有する、上記実施形態に対応する実施例１の比例ソレノイド１００を作製し、その吸引力カーブの測定、固定鉄心１の磁化およびビッカース硬さの測定、結晶構造の解析を行った。

【0086】

（実施例１の比例ソレノイド）
まず、上記実施形態の製造方法に基づいて、実施例１のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１を備える比例ソレノイド１００を作製した。具体的には、棒状のＦｅ－Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｎ－Ａｌ－Ｃ合金（ＹＥＰ－ＦＡ１、日立金属製）からなる複合磁性体用材料を用いて、管状部材１０１を作製した。そして、Ｚ軸方向に１０ｍｍの厚みｈ（図５参照）を有する高周波コイル１０２ｂを備える高周波誘導加熱装置１０２を用いて、熱処理前の固定鉄心１である管状部材１０１に高周波熱処理を行った。

【0087】

詳細には、管状部材１０１の吸着面１１ｂと高周波コイル１０２ｂの吸着面１１ｂ側（Ｚ１方向側）の端部とがＺ軸方向に２．５ｍｍの距離ｔ（図５参照）だけ離れるように、高周波コイル１０２ｂを配置した。つまり、管状部材１０１の吸着面１１ｂからＺ軸方向に７．５ｍｍの距離ｄ（図５参照）だけ離間した加熱位置ＨのＺ軸方向の中心に、高周波コイル１０２ｂのＺ軸方向の中心Ｏ１（図５参照）が位置するように、高周波コイル１０２ｂを配置した。なお、加熱位置Ｈにおける固定鉄心１の厚み（＝（外径－内径）／２）は、２．４ｍｍである。

【0088】

そして、回転ステージ１０２ｃにより管状部材１０１を２００ｒｐｍで回転させながら、高周波コイル１０２ｂに４０ｋＨｚで交流電流を流した。また、非磁性領域形成部分Ｒ１における加熱速度である昇温速度が１９０℃／秒になるように、高周波コイル１０２ｂに流す交流電流の電流量を８０Ａに調整した。

【0089】

そして、非磁性領域形成部分Ｒ１における加熱温度が１２５０℃の加熱温度になった後、１０秒の保持時間の間、非磁性領域形成部分Ｒ１の加熱状態を保持した。なお、この保持工程では、非磁性領域形成部分Ｒ１の保持温度勾配を示す保持温度速度が０℃／秒になるように、高周波コイル１０２ｂに流す交流電流の電流量を５５Ａに調整した。そして、保持時間が経過した後、高周波コイル１０２ｂに流す電流を停止させるとともに、高周波誘導加熱装置１０２の近傍の図示しない水槽に管状部材１０１を浸けることによって、管状部材１０１を急冷した。これにより、実施例１のチューブ状の固定鉄心１を作製した。なお、電流停止から水槽に浸けるまでの時間（空冷時間）は２秒程度であった。

【0090】

そして、ＳＵＭ２３（炭素鋼）（可動鉄心２１）およびＳＵＳ３０４（ロッド２２）からなるロッド組立品２およびベアリング４をソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１に軸方向に移動可能に挿入した状態で、後部金物３を固定鉄心１のＺ２方向側の端部に溶接した。これにより、実施例１の固定鉄心１を備える比例ソレノイド１００を作製した。

【0091】

また、図７に示す比較例１のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心３０１を備える比例ソレノイド３００を作製した。具体的には、実施例１の固定鉄心１で用いたものと同じ棒状の複合磁性体用材料からなる磁性部３１２と、ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ規格に準拠）からなる非磁性部３１３とを備えるチューブ状の固定鉄心３０１を作製した。なお、比較例１のチューブ状の固定鉄心３０１では、テーパ接合面３０１ａと固定鉄心３０１の内表面３１１ｃとのなすテーパ角度θが４５度となるように、磁性部３１２と非磁性部３１３とをろう付け接合した。そして、実施例１と同一のロッド組立品２を固定鉄心３０１に軸方向に移動可能に挿入した状態で、後部金物３を固定鉄心３０１のＺ２方向側の端部に溶接した。これにより、比較例１の固定鉄心３０１を備える比例ソレノイド３００を作製した。

【0092】

（吸引力測定）
そして、実施例１および比較例１の比例ソレノイド１００（３００）を用いて、吸引力測定を行った。具体的には、ソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１（３０１）の所定領域を径方向に取り囲むように、コイル１００ｂを配置した状態で、固定鉄心１（３０１）およびコイル１００ｂを固定した。なお、コイル１００ｂとして、線径０．４８ｍｍ、巻数５６０ターン、抵抗値が５．３８Ωの断面矩形状のコイルを用いた。そして、コイルに１．４Ａの電流を流して磁界を発生した際の、吸着面１１ｂからの距離Ｄにおける吸引力を測定した。この際、吸引力をロードセル（ＬＣＥ－Ａ－５００Ｎ、共和電業製）を用いて測定した。また、変位センサのヘッド（ＺＸ－ＬＤ４０、オムロン製）およびアンプ（ＺＸ－ＬＤ１１Ｎ ２Ｍ、オムロン製）を用いて、吸着面１１ｂからの距離Ｄ（ストローク長さ）を測定した。測定結果を表１および図８に示す。

【0093】

【表1】

【0094】

表１および図８に示す吸引力測定の結果としては、表１に示すように、距離Ｄが２．５ｍｍ以下の範囲において、実施例１の比例ソレノイド１００の比較例１の比例ソレノイド３００に対する吸引力の相対比率（＝｜実施例１の吸引力－比較例１の吸引力｜／比較例１の吸引力×１００）（％）が１０％以下になった。特に、実施例１の比例ソレノイド１００の吸引力は、距離Ｄが０．５ｍｍから２．５ｍｍの範囲において距離Ｄが１．０ｍｍの位置における吸引力の±１０％以内と、２．０ｍｍ以上の平坦領域を有しており、０．０ｍｍにおける吸引力と、実施例１の平坦領域と平坦領域以外の境界（たとえば表１では、０．５ｍｍおよび２．５ｍｍ）における吸引力との相対比率が１０％以下であったので、実施例１の比例ソレノイド１００は、比較例１の比例ソレノイド３００と略同等の性能を示していることが確認できた。

【0095】

この結果、熱処理により、テーパ角度θが４５度の比較例１と同様の吸引力カーブ（ソレノイド特性）を有する比例ソレノイドを作製することができることが確認できた。また、実施例１の固定鉄心１は、ろう付けなどによる接合部を有していないので、比較例１の固定鉄心３０１と異なり、高圧が加えられる用途に用いられたとしても、後述する実施例４ａ～４ｃに示すとおり、破断することなく高圧に耐え得ると考えられる。

【0096】

（磁化およびビッカース硬さ測定）
次に、実施例１のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１に対して、磁化と、機械的強度の硬さの一例としてのビッカース硬さを測定した。具体的には、計１１か所の測定位置の各々において、２．５ｍｍ（Ｚ軸方向）×２．５ｍｍ（Ａ方向）×２ｍｍ（厚み方向）の試験片を切り出して、振動試料型磁力計（ＶＳＭ－５－２０、東英工業製）を用いて磁化特性を測定した。より具体的には、図９（ａ）に示すように、吸着面１１ｂの位置、吸着面１１ｂから１．７ｍｍ、２．７ｍｍ、４．０ｍｍ、６．６ｍｍ、７．５ｍｍ、８．９ｍｍ、１１．７ｍｍ．１２．９ｍｍ、１３．８ｍｍおよび１６ｍｍだけＺ軸方向に離間した位置に、それぞれ、試験片の吸着面側の面が位置する状態で、試験片を各々切り出した。また、試験片において、２ｍｍである厚み方向を測定磁化方向（図９（ａ）において、白抜き矢印で図示）とした。なお、外部印加磁場を最大０．４ＭＡ／ｍとして、０．４ＭＡ／ｍの磁場を印加した際の磁化を試験片の磁化とした。また、測定モードはフルループで、かつ、測定温度は２３℃で、磁化測定を行った。測定結果を表２および図１０に示す。

【0097】

また、ビッカース硬さは、測定位置において、１７．０ｍｍ（Ｚ軸方向）×５．０ｍｍ（Ａ方向）×２．０ｍｍ（厚み方向）の試験片を切り出して、マイクロビッカース硬度計（ＨＭＶ－１ＡＤ、島津製作所製）を用いて測定した。具体的には、図９（ｂ）に示すように、吸着面１１ｂの位置に試験片の吸着面側の面が位置する状態で、試験片を切り出した。そして、切り出した板の外周面（図９（ｂ）において、ハッチングが形成されている面）側を鏡面加工して、Ｚ軸方向に０．５ｍｍ間隔で、ビッカース硬さを測定した。測定条件としては、試験力を４．９０３Ｎ、荷重時間を１５秒とした。測定結果を図１０に示す。

【0098】

【表2】

【0099】

表２および図１０に示す磁化測定およびビッカース硬さ測定の結果としては、加熱位置Ｈの中心（吸着面１１ｂからの距離Ｄ＝７．５ｍｍ）近傍である非磁性領域形成部分Ｒ１（非磁性領域１３）では、磁化が０．０１Ｔ以下に十分に小さくなるとともに、ビッカース硬さがＨＶ２２０程度にまで小さくなった。これにより、非磁性領域１３は、非磁性で、かつ、ビッカース硬さが比較的小さいオーステナイト組織から主に構成されていることが確認できた。ここで、表２の距離Ｄの０．０ｍｍは図９の横軸で示す吸着面からの距離Ｄの０ｍｍと対応しており、表２の距離Ｄと図９の横軸で示す吸着面からの距離Ｄとは対応している。

【0100】

一方、非磁性領域形成部分Ｒ１（非磁性領域１３）から離れるに従って、磁化が大きくなるとともに、ビッカース硬さがＨＶ４５０程度にまで大きくなった。これにより、半磁性領域１４の非磁性領域１３側では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かうに従って、オーステナイト組織の存在比が小さくなるとともに、強磁性で、かつ、ビッカース硬さが大きいマルテンサイト組織の存在比が大きくなったことが確認できた。

【0101】

また、非磁性領域形成部分Ｒ１（非磁性領域１３）からさらに離れるに従って、磁化が若干大きくなるとともに、ビッカース硬さがＨＶ２２０程度にまで小さくなった。これにより、半磁性領域１４の磁性領域１２側では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かうに従って、マルテンサイト組織の存在比が小さくなるとともに、強磁性で、かつ、ビッカース硬さが比較的小さいフェライト組織の存在比が大きくなったことが確認できた。

【0102】

これらの結果、半磁性領域１４では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かって磁化が大きくなるような磁気勾配を有していること、硬さ（ビッカース硬さ）が大きくなって小さくなるような硬さ勾配が得られること、すなわち半磁性領域１４内にビッカース硬さの極大値を有していること、およびマルテンサイト組織の存在比の極大値を有していることが確認できた。

【0103】

（結晶構造の解析）
また、実施例１の比例ソレノイド１００に用いるチューブ状の固定鉄心１に対して、磁性領域１２、半磁性領域１４および非磁性領域１３それぞれのＸ線回折による解析を行った。

【0104】

具体的には、上記ビッカース硬さ測定の時と同様に、１７．０ｍｍ（Ｚ軸方向）×５．０ｍｍ（Ａ方向）×２．０ｍｍ（厚み方向）の試験片（図９（ｂ）参照）を切り出し、吸着面１１ｂの位置（磁性領域１２）、吸着面１１ｂから２ｍｍの位置（半磁性領域１４）および吸着面１１ｂから８ｍｍの位置（非磁性領域１３）において、Ｘ線回折測定（ＸＲＤ測定）を行った。測定は、Ｘ線回折装置（ＳｍａｒｔＬａｂ リガク製）を用い、Ｘ線源はＣｕ線、検出器は半導体検出器、スキャンモードは２θ／θとした。

【0105】

測定結果を図１１に示す。なお、図１１では、フェライト組織（α－Ｆｅ）に基づくピーク位置を点線で、オーステナイト組織（γ－Ｆｅ）に基づくピーク位置を実線でそれぞれ図示している。磁性領域１２ではα－Ｆｅのピークが、非磁性領域１３ではγ－Ｆｅのピークがそれぞれ見られた。このことから、磁性領域１２および非磁性領域１３は、それぞれ、フェライト組織およびオーステナイト組織を主体とする組織であることが確認できた。また、半磁性領域１４ではα－Ｆｅおよびγ－Ｆｅの両方のピークが確認できた。

【0106】

次に、半磁性領域１４にマルテンサイト組織が存在するかを確認するため、上記磁性領域１２および半磁性領域１４の位置において、結晶の（２１１）面（２θ／θが８２度近傍）を局所的に測定した。結果を図１２に示す。半磁性領域１４のピーク位置は、磁性領域１２（フェライト組織）のピーク位置から変化していなかった。つまり、半磁性領域１４はピークシフトしていなかった。さらに、半磁性領域１４のピークにおける半値幅は、磁性領域１２のピークにおける半値幅よりも大きくなった。これらは、マルテンサイト組織のＸ線回折に見られる特徴である。この結果から、半磁性領域１４にはマルテンサイト組織が存在していることが確認できた。

【0107】

ビッカース硬さの測定結果および上記Ｘ線回折の測定結果を合わせると、半磁性領域１４においては、フェライト組織、マルテンサイト組織、オーステナイト組織が存在し、かつ、半磁性領域１４中にマルテンサイト組織の極大値が存在するということが確認された。

【0108】

（第２実施例）
次に第２実施例について説明する。第２実施例では、テーパ角度θが３０度である比較例２と同様の吸引力カーブ（ソレノイド特性）を有する、上記実施形態に対応する実施例２の比例ソレノイド１００を作製し、その吸引力カーブを測定した。

【0109】

（実施例２の比例ソレノイド）
まず、上記実施形態の製造方法に基づいて、実施例２のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１を備える比例ソレノイド１００を作製した。なお、実施例２では、処理前の固定鉄心である管状部材１０１の吸着面１１ｂと高周波コイル１０２ｂの吸着面１１ｂ側（Ｚ１方向側）の端部との距離ｔがＺ軸方向に１．５ｍｍ離れるように、高周波コイル１０２ｂを配置した。つまり、管状部材１０１の吸着面１１ｂからＺ軸方向に６．５ｍｍの距離ｄだけ離間した加熱位置ＨのＺ軸方向の中心に、高周波コイル１０２ｂのＺ軸方向の中心Ｏ１が位置するように、高周波コイル１０２ｂを配置した。また、非磁性領域形成部分Ｒ１における加熱温度が１２５０℃の加熱温度になった後、１５秒の保持時間の間、非磁性領域形成部分Ｒ１の加熱状態を保持した。それら以外は、上記実施例１と同様にして、実施例２のチューブ状の固定鉄心１を備える比例ソレノイド１００を作製した。つまり、実施例２の固定鉄心１の製造方法では、実施例１の固定鉄心１の製造方法とは加熱位置Ｈと保持時間とを異ならせた。

【0110】

また、図７に示す比較例２のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心３０１を備える比例ソレノイド３００を作製した。具体的には、テーパ角度θが３０度となるように、磁性部３１２と非磁性部３１３とをろう付け接合した以外は、上記比較例１と同様にして、比較例２の固定鉄心３０１を備える比例ソレノイド３００を作製した。

【0111】

そして、実施例２および比較例２の比例ソレノイド１００（３００）を用いて、上記第１実施例と同様に、吸引力測定を行った。測定結果を表３および図１３に示す。

【0112】

【表3】

【0113】

吸引力測定の結果としては、表３に示すように、吸着面１１ｂからの距離Ｄが２．５ｍｍ以下の範囲において、実施例２の比例ソレノイド１００の比較例２の比例ソレノイド３００に対する吸引力の相対比率（＝｜実施例２の吸引力－比較例２の吸引力｜／比較例２の吸引力×１００）（％）が１０％以下になった。これにより、実施例２の比例ソレノイド１００では、比較例２の比例ソレノイド３００と同等の性能が得られることが確認できた。この結果、熱処理により、テーパ角度θが３０度の比較例２と同様の吸引力カーブ（ソレノイド特性）を有する比例ソレノイドを作製することができることが確認できた。また、実施例２のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１は、ろう付けにより接合していないので、比較例２の固定鉄心３０１と異なり、高圧が加えられる用途に用いられたとしても、高圧に耐え得ると考えられる。

【0114】

また、実施例１の比例ソレノイドと実施例２の比例ソレノイドの製法の違いは加熱位置Ｈと保持時間であり、図８および図１３から、これらを異ならせることによって、実施例１の固定鉄心１とは異なる吸引力カーブを有する実施例２の固定鉄心１が作製できることが確認できた。

【0115】

（第３実施例）
次に第３実施例について説明する。第３実施例では、上記第２実施例のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１に対して、保持時間または保持温度勾配を異ならせた実施例３ａおよび３ｂの固定鉄心１を備える比例ソレノイド１００を作製し、その吸引力カーブを測定した。

【0116】

（実施例３ａおよび３ｂの比例ソレノイド）
保持時間を９秒にした以外は、上記実施例２のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１と同様にして、実施例３ａの固定鉄心１を備える比例ソレノイド１００を作製した。また、保持温度勾配を示す保持温度速度を－１０℃／秒にした以外は、上記実施例２のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１と同様にして、実施例３ｂの固定鉄心１を備える比例ソレノイド１００を作製した。

【0117】

（比較例３ａおよび３ｂの比例ソレノイド）
テーパ角度θが４５度となるように、磁性部３１２と非磁性部３１３とをろう付け接合した以外は、上記比較例２と同様にして、比較例３ａのソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心３０１を備える比例ソレノイド３００（図７参照）を作製した。また、テーパ角度θが６０度となるように、磁性部３１２と非磁性部３１３とをろう付け接合した以外は、上記比較例２と同様にして、比較例３ｂの固定鉄心３０１を備える比例ソレノイド３００を作製した。

【0118】

（吸引力測定）
そして、実施例３ａ、３ｂ、比較例３ａおよび３ｂの比例ソレノイド１００（３００）を用いて、上記第２実施例と同様に、吸引力測定を行った。また、吸着面１１ｂからの距離Ｄが１ｍｍの基準位置における吸引力（基準吸引力）を求めた。そして、基準吸引力に対する相対比率（＝｜距離Ｄにおける吸引力－基準吸引力｜／基準吸引力×１００）（％）が１０％以下である領域を平坦領域と規定し、平坦領域の長さを求めた。測定結果を表４、図１４および図１５に示す。

【0119】

【表4】

【0120】

吸引力測定の結果としては、表４および図１４に示すように、実施例２、３ａおよび３ｂの比例ソレノイド１００では、各々異なる長さの平坦領域を有する吸引力カーブが得られた。この結果、チューブ状の固定鉄心１に加えた高周波加熱において、保持時間または保持温度勾配を異ならせることによって、吸引力カーブの異なる比例ソレノイド１００を作製することが可能であることが確認できた。

【0121】

なお、実施例２および３ａの結果から、保持時間を短くすると平坦領域が長くなることが確認できた。また、実施例２および３ｂの結果から、保持温度勾配を小さくすると平坦領域が長くなることが確認できた。これらは、非磁性領域形成部分Ｒ１から他の部分に伝導される熱の伝導量が小さくなったため、半磁性領域１４（不安定組織）があまり形成されなかったからであると考えられる。

【0122】

また、図１４および図１５に示すように、実施例２、３ａおよび３ｂの比例ソレノイド１００では、それぞれ、比較例２、３ａおよび３ｂと同様の吸引力カーブが得られた。この結果、チューブ状の固定鉄心１に加えた高周波加熱において、保持時間または保持温度勾配を変化させることによって、所望の吸引力カーブを適宜作成することができることが確認できた。

【0123】

（第４実施例）
次に第４実施例について説明する。第４実施例では、上記第２実施例のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１に対して、パラメータ（加熱位置Ｈ、加熱速度、加熱温度、保持時間および保持温度勾配）を異ならせた実施例４ａ、４ｂ、実施例５ａ～５ｄ、実施例６ａ～６ｄおよび実施例７ａ～７ｃの固定鉄心１を備える比例ソレノイド１００を作製し、その吸引力カーブを測定した。

【0124】

（実施例４ａ～７ｃの比例ソレノイド）
実施例４ａおよび４ｂとして、加熱速度を各々異ならせた固定鉄心１を有する比例ソレノイド１００を、実施例５ａ～５ｄとして、保持時間を各々異ならせた固定鉄心１を有する比例ソレノイド１００を、実施例６ａ～６ｄとして、保持温度勾配を各々異ならせた固定鉄心１を有する比例ソレノイド１００を、実施例７ａ～７ｃとして、加熱位置Ｈを各々異ならせた固定鉄心１を有する比例ソレノイド１００を、それぞれ作製した。具体的には、表５に示す条件の通り、上記実施形態の製造方法に基づいて、上記実施例２と異なる条件（表中の下線部分）以外は、実施例２のソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１と同様にして、それぞれの比例ソレノイド１００を作製した。なお、実施例４ａ～７ｃの固定鉄心１の作製では、実施例２、３ａおよび３ｂの固定鉄心１の作製から加熱温度を異ならせた。そして、実施例３ａおよび３ｂと同様に、吸引力測定を行った。測定結果を図１６～図１９に示す。

【0125】

【表5】

【0126】

図１６～図１９に示すように、それぞれのパラメータ（加熱速度、保持時間、保持温度勾配、加熱位置Ｈ）を様々な値に異ならせることによって、吸引力カーブの異なる比例ソレノイド１００を作製することが可能であることが確認できた。

【0127】

なお、図１６に示すように、加熱速度が大きい側（実施例４ｂ）では、加熱速度が小さい側（実施例４ａ）と比べて、平坦領域が長くなり、対応するテーパ角度θが大きくなる傾向があることが確認できた。また、図１７に示すように、保持時間が小さい側（たとえば、実施例５ａ）では、保持時間が大きい側（たとえば、実施例５ｄ）と比べて、平坦領域が長くなり、対応するテーパ角度θが大きくなる傾向があることが確認できた。また、図１８に示すように、保持温度勾配が小さい側（たとえば、実施例６ｄ）では、保持温度勾配が大きい側（たとえば、実施例６ａ）と比べて、平坦領域が長くなり、対応するテーパ角度θが大きくなる傾向があることが確認できた。また、図１９に示すように、加熱位置Ｈが吸着面から遠い側（たとえば、実施例７ｃ）では、加熱位置Ｈが吸着面から近い側（たとえば、実施例７ａ）と比べて、平坦領域が長くなり、対応するテーパ角度θが大きくなる傾向があることが確認できた。

【0128】

さらに、たとえば、図８に示す実施例１（加熱速度１９０℃／秒、加熱温度１２５０℃）と、図１９に示す実施例５ａ（加熱速度１２０℃／秒、加熱温度１２００℃）とから、パラメータ（加熱温度、加熱速度、保持時間、保持温度勾配、加熱位置Ｈ）の内の２つ以上を変化させることによっても、吸引力カーブの異なる比例ソレノイド１００を作製することが確認できた。

【0129】

（第５実施例）
次に第５実施例について説明する。第５実施例では、対応するテーパ角度θが３０度、４５度および６０度である実施例２、３ａおよび３ｂと同様の吸引力カーブを有する実施例８ａ、８ｂおよび８ｃのソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１を作製して、磁化、耐圧性能、ビッカース硬さを測定した。また、ＦＥ－ＳＥＭによる組織観察、観察結果から、炭化物量の比較を行った。さらに、θｘの観察、腐食処理による非磁性領域、半磁性領域の断面観察を行った。

【0130】

（実施例８ａ、８ｂおよび８ｃの固定鉄心）
実施例８ａとして、上記実施例２と同様にして、対応するテーパ角度θが３０度であるソレノイドに用いるチューブ状の固定鉄心１を作製した。また、実施例８ｂおよび８ｃとして、上記実施例３ａおよび３ｂと同様にして、対応するテーパ角度θが４５度および６０度である固定鉄心１をそれぞれ作製した。なお、実施例８ａ～８ｃの固定鉄心１の厚み（＝（外径－内径）／２）は、２．４ｍｍであった。

【0131】

（磁化測定）
そして、実施例８ａ～８ｃの固定鉄心１を用いて、上記第１実施例と同様に磁化測定を行った。測定結果を図２０に示す。

【0132】

磁化測定の結果としては、保持時間と保持温度勾配との少なくともいずれか１つの熱処理条件を異ならせることにより磁化が異なる固定鉄心１が得られることが確認できた。この磁化の違いから、実施例８ａ～８ｃの固定鉄心１を用いた比例ソレノイド１００では、互いに異なる吸引力カーブが得られる。

【0133】

（耐圧性能測定）
（参考例および比較例４の固定鉄心）
耐圧性能測定においては、まず、実施例８ａ～８ｃの比較例として、比較例４の固定鉄心を作製した。なお、比較例４の固定鉄心は、比較例１の固定鉄心３０１（図７参照）と同様に、テーパ接合面と固定鉄心の内表面とのなすテーパ角度θが４５度となるように、棒状のＦｅ－Ｃｒ－Ｎｉ－Ｍｎ－Ａｌ－Ｃ合金からなる複合磁性体用材料からなる磁性部と、ＳＵＳ３０４からなる非磁性部とを備える。なお、具体的な比較例４の固定鉄心の製造方法としては、強磁性材料からなる磁性部のテーパ面に非磁性材料をろう付け接合することによって、磁性部のテーパ面と非磁性部のテーパ面とを互いに接合して作製した。また、実施例８ａ～８ｃの参考例として、高周波熱処理を行わない以外は実施例８ａ～８ｃの固定鉄心の製造方法と同一にした固定鉄心を準備した。

【0134】

そして、実施例８ａ～８ｃ、参考例および比較例４の固定鉄心の耐圧性能を測定するために、静特性破壊試験を行った。静特性破壊試験では、固定鉄心の一端を塞ぎ、他端に圧力ポンプ（ＵＰ－２１ ＲＩＫＥＮ ＰＯＷＥＲ製）に接続された固定鉄心を接続した。そして、圧力ポンプを駆動させることによって、固定鉄心内の圧力を上昇させた。なお、圧力ポンプにより印加可能な最大の圧力は、１５０ＭＰａである。そして、固定鉄心が破壊した際の圧力を破壊圧とした。また、目視によりふくらみ（変形）および破断の有無を観察した。測定結果を表６に示す。

【0135】

【表6】

【0136】

耐圧性能の測定結果としては、実施例８ａ～８ｃのいずれにおいても、参考例と同様に、圧力ポンプにより印加可能な最大の圧力（１５０ＭＰａ）であっても破壊されずに、ふくらみおよび破断が確認できなかった。つまり、実施例８ａ～８ｃは、少なくとも１５０ＭＰａより大きい破壊圧（ｍｉｎ１５０ＭＰａ）を有していることが判明した。一方、比較例４では、３０ＭＰａの圧力（破壊圧）で、ふくらみおよびろう付け接合部からの破断が生じた。これにより、本実施形態の固定鉄心１は、熱処理前後で耐圧性能が低下することなく、高圧下でも十分に使用することができることが確認できた。さらに、４０ＭＰａの高圧を１００万回繰り返し印加するサイクル試験（加速試験）、および４５ＭＰａの高圧を１００万回繰り返し印加するサイクル試験を行ったが、本実施形態の固定鉄心１は、ふくらみ（変形）および破断せずに十分な耐久性を示した。

【0137】

（ビッカース硬さ測定）
また、対応するテーパ角度θが３０度、４５度および６０度である実施例８ａ、８ｂおよび８ｃの比例ソレノイド１００に用いるチューブ状の固定鉄心１のそれぞれのビッカース硬さ測定を行った。

【0138】

具体的には、実施例８ａ、８ｂおよび８ｃの固定鉄心１から第１実施例と同様に、１７．０ｍｍ（Ｚ軸方向）×５．０ｍｍ（Ａ方向）×２．０ｍｍ（厚み方向）の試験片（図９（ｂ）参照）を切り出した。そして、切り出した試験片の固定鉄心１の外表面（図９（ｂ）において、ハッチングが形成されている面）側を、ビッカース硬さ測定用に鏡面加工した。

【0139】

そして、実施例１と同様にして、実施例８ａ、８ｂおよび８ｃのビッカース硬さを測定した。測定結果を図２１に示す。

【0140】

図２１に示すビッカース硬さ測定の結果を図２０の磁化測定の結果と合わせて考察すると、加熱位置Ｈの中心（吸着面１１ｂからの距離Ｄ＝６．５ｍｍ）近傍では、磁化が０．０１Ｔ以下に十分に小さくなるとともに、ビッカース硬さ（ＨＶ）が２５０以下程度にまで小さくなった。これにより、非磁性領域１３は、非磁性で、かつ、ビッカース硬さが比較的小さいオーステナイト組織から主に構成されていることが確認できた。

【0141】

一方、加熱位置Ｈの中心から離れるに従って、磁化が大きくなるとともに、ビッカース硬さ（ＨＶ）が４５０～５００以上程度にまで大きくなった。これにより、半磁性領域１４の非磁性領域１３側では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かうに従って、オーステナイト組織の存在比が小さくなるとともに、強磁性で、かつ、ビッカース硬さが大きいマルテンサイト組織の存在比が大きくなったことが確認できた。

【0142】

また、加熱位置Ｈの中心からさらに離れるに従って、磁化が若干大きくなるとともに、ビッカース硬さ（ＨＶ）が２２０程度にまで小さくなった。これにより、半磁性領域１４の磁性領域１２側では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かうに従って、マルテンサイト組織の存在比が小さくなるとともに、強磁性で、かつ、ビッカース硬さが比較的小さいフェライト組織の存在比が大きくなったことが確認できた。

【0143】

これらの結果、半磁性領域１４では、非磁性領域１３から磁性領域１２に向かって磁化が大きくなるような磁気勾配を有していること、および、硬さ（ビッカース硬さ）が大きくなって小さくなるような硬さ勾配が得られること、すなわち半磁性領域１４内にビッカース硬さの極大値を有していること、およびマルテンサイト組織の存在比の極大値を有していることが確認できた。

【0144】

（金属組織観察）
次に、上記ビッカース硬さの測定から、実施例８ａ、８ｂおよび８ｃのそれぞれの磁性領域１２、半磁性領域１４、非磁性領域１３の位置を推測し、その部分について金属組織を観察した。具体的には、実施例８ａ、８ｂおよび８ｃの固定鉄心１からビッカース硬さの測定と同様に、１７．０ｍｍ（Ｚ軸方向）×５．０ｍｍ（Ａ方向）×２．０ｍｍ（厚み方向）の板を切り出して、ピクリン酸腐食処理を行った。観察は、ＦＥ－ＳＥＭ（ＪＳＭ－７００１Ｆ 日本電子製）ＥＤＸ（ＪＥＤ－２３００ ＳＤ１０ 日本電子製）を用い、加速電圧１５ｋＶ、作動距離（Ｗ．Ｄ．）１０ｍｍとした。それぞれのＦＥ－ＳＥＭ画像を図２２に示す。

【0145】

図２２より、非磁性領域１３では比較的結晶粒径が大きく粒界の明確なオーステナイト組織の特徴が見られた。非磁性領域１３では炭化物の析出は見られなかったが、半磁性領域１４および磁性領域１２では炭化物の析出を確認した。なお、炭化物はＦＥ－ＳＥＭの反射電子検出モードによって確認した他、ＥＤＸによってもその組成を確認している。磁性領域１２では、半磁性領域１４と比べて、より多くの炭化物が確認された。

【0146】

（炭化物量観察）
次に、各処理条件におけるＦＥ－ＳＥＭ観察において、観察総面積に対する炭化物量面積の比率を確認した。炭化物量の比率（％）を表７および図２３に示す。

【0147】

【表7】

【0148】

表７および図２３に示す観察結果から、実施例８ａ～８ｃのすべてにおいて、磁性領域１２から非磁性領域１３に近づくにつれて炭化物量が徐々に減少し、非磁性領域１３では炭化物が検出されないことを確認した。また、テーパ角度θが３０度相当であり、平坦領域の長い実施例８ａでは、テーパ角度θが６０度相当であり、平坦領域が短い実施例８ｃと比べて、吸着面１１ｂからの距離Ｄが小さい段階（たとえば、Ｄ＝３ｍｍ）で、炭化物量の減少が見られた。なお、磁性領域１２では、炭素がフェライト組織中に固溶しないため炭化物として多く検出される。半磁性領域１４では、マルテンサイト組織が一部の炭素を固溶し、マルテンサイト組織に固溶されなかった炭素のみが炭化物として検出されるので、磁性領域１２よりも検出される炭化物が減少する。非磁性領域１３では、炭素はオーステナイト組織に固溶されるため、炭化物は検出されない。

【0149】

（角度θｘの観察）
次に、非磁性領域１３と半磁性領域１４との境界１４ａと固定鉄心１の内表面１１ｃとがなす角度θｘ（図４参照）を観察した。具体的には、まず、観察用として、実施例８ａ～８ｃの固定鉄心１を軸方向に切断した。そして、切断面の熱処理領域Ｒ付近（図４参照）において、吸着面１１ｂ側に磁石をひっつけ、磁性粉として少量のトナーを非磁性領域１３の中央付近に置き、綿棒を用いて振動を与えて徐々に両側に広げ、トナーが吸着する境界、すなわち、非磁性領域１３と半磁性領域１４の境界１４ａを可視化し、角度θｘを観察した。なお、円筒状の固定鉄心１を切断したことにより、２箇所（測定箇所１および測定箇所２）の境界１４ａにおいて、各々角度θｘを測定した。結果を表８および図２４に示す。

【0150】

【表8】

【0151】

測定結果としては、実施例８ａ～８ｃにおける角度θｘは、対応する比較例のテーパ角度θとは相関がなく、７０度から８５度程度の角度であることがわかった。

【0152】

（非磁性領域および半磁性領域の観察）
次に、非磁性領域１３および半磁性領域１４が形成されていることを腐食処理によって観察した。腐食処理によって金属組織の違いを色のコントラストの違いとして観察できる。具体的には、Ｚ軸方向に切断した実施例８ｂの固定鉄心１を６５０℃で1時間熱処理した後、ピクリン酸腐食処理を行った。そして、ピクリン酸腐食処理後の実施例８ｂの固定鉄心１を観察した。観察結果を図２５に示す。

【0153】

図２５に示すように、実施例８ｂの固定鉄心１では、非磁性領域１３および半磁性領域１４が連続的かつ一体的に形成されている様子が確認できた。

【0154】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0155】

たとえば、上記実施形態では、半磁性領域１４を、吸着面１１ｂからＺ軸方向に離間した位置に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、半磁性領域と吸着面とをＺ軸方向に重なるように形成してもよい。

【0156】

また、上記実施形態では、水冷により加熱した管状部材１０１を急冷した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、油冷により加熱した管状部材を急冷してもよい。

【0157】

また、上記実施形態では、非磁性領域形成部分Ｒ１を１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度まで急速加熱するとともに、非磁性領域形成部分Ｒ１の保持温度勾配が－２０℃／秒以上５℃／秒以下の保持温度勾配範囲に含まれるように、保持時間の間、非磁性領域形成部分Ｒ１の加熱状態を保持するとしたが、本発明はこれに限られない。本発明では、非磁性領域形成部分を含む加熱位置を１０００℃以上１３００℃以下の加熱温度まで急速加熱するとともに、加熱位置の保持温度勾配が－２０℃／秒以上５℃／秒以下の保持温度勾配範囲に含まれるように、保持時間の間、加熱位置の加熱状態を保持するようにしてもよい。つまり、加熱位置と非磁性領域形成部分とを等しい領域と見做してもよい。

【0158】

また、上記実施形態では、所定の回転速度で管状部材１０１を回転させながら、非磁性領域形成部分Ｒ１を急速加熱する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、管状部材を回転させない状態で、非磁性領域形成部分を急速加熱してもよい。

【0159】

さらに、吸引力カーブは、可動鉄心２１の寸法を変えること、または管状部材の削り出しにより寸法を変えることによっても吸引力カーブを変化することができる。つまり、前述した製造方法に加えて、寸法変更も合わせることで管状部材の磁気特性の分布および比例ソレノイドのソレノイド特性を多種多様に変化させることができる。

【0160】

また、本実施形態の高周波誘導加熱装置を、高周波コイルに流す交流電流の電流量を制御する機能だけでなく、交流電流の周波数を制御（可変に）する機能を有するように構成してもよい。交流電流の周波数を変化させることによっても、高周波加熱による半磁性領域および非磁性領域の形成状態を変化させることができ、比例ソレノイドのソレノイド特性を制御することが可能であると考えられる。

【符号の説明】

【0161】

１ 固定鉄心（管状部材）
２ ロッド組立品（可動磁性体）
１１ｂ 吸着面
１２ 磁性領域
１２ａ 磁性領域（第１磁性領域）
１２ｂ 磁性領域（第２磁性領域）
１３ 非磁性領域
１４ 半磁性領域
１４ａ 半磁性領域（第１半磁性領域）
１４ｂ 半磁性領域（第２半磁性領域）
１００ 比例ソレノイド
１０１ 管状部材
Ｚ 軸方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】